24. Практические приемы расчетов минимального стока при недостаточности или отсутствии наблюдений

Две группы приемов расчета минимального стока: 1 – базируется на методе гидрологической аналогии и требует хотя бы непродолжительного ряда наблюдений на изучаемом водотоке или эпизодических наблюдений расходов в период устойчивой межени, 2 – случай полного соответствия гидрометрических данных , основана на обобщении материалов на опорной сети.

Характер и успех применения приемов зависит от величины реки (малая, средняя). такое разделение рек основано на исследовании зависимости модуля минимального стока от площади бассейна для сходных по физико-геогр условиям районов. Было установлено, что величина модуля стока изменяется до определенного предела. затем интенсивность его изменения с ростом площади снижается. Наиболее полное районирование территории СССР по величине критической площади F_KP произведено отдельно для летне-осенних и зимних минимальных расходов, поскольку средние значения этих площадей не всегда одинаковы по сезонам года для данного района, а также как и границы районов не всегда совпадают в зимний и летне-осенний сезоны.

Верхним пределом площади водосбора средних рек считается такая площадь, при которой сток рек формируется еще под влиянием зональных факторов, превысив ее, реки уже приобре­тают полизональный режим. Практика исследований низкого сто­ка в СССР показывает, что за наибольшую площадь можно при­нимать 50 000 км².

1. Метод гидрологической аналогии в расчетах минимального стока -

Метод гидрологической аналогии применяется при приведении: параметров кривых распределения ежегодных вероятностей пре­вышения характеристик минимального стока к многолетнему периоду с помощью парной и множественной регрессии.

При невозможности применить этот стандартный прием из-за непродолжительности гидрометрических наблюдений на изучае­мой реке используют приближенные способы гидрологической аналогии, требующие более тщательного обоснования выбора бас­сейна-аналога.

При его выборе следует стремиться к удовлетворению обыч­ных условий однородности факторов, влияющих на формирова­ние низкого стока, в особенности гидрогеологических (количество и водообильность водоносных горизонтов, участвующих в пита­нии рек, степень дренирования реками этих горизонтов), а так» проследить за отсутствием или одинаковой степенью влияния антропогенных факторов, искажающих естественный сток.

Для обоснования аналогии строятся графики связи значений стока в створе и створе-аналоге.

Для приведения параметров кривой обеспеченности минималь­ных 30-дневных расходов рассматриваемого створа к продолжительному периоду используется график связи этих расходов за имеющиеся годы параллельных наблюдений, причем можно ис­пользовать для его построения не, только минимальные годовые величины (по одной от каждого года за летне-осенний или зим­ний период), но и другие среднемесячные расходы за период ме­жени. Зависимости можно считать удовлетворительными, если отклонение большего числа точек от линии связи не превышает ±20%. С помощью графика связи определяются 5-, 50- и 95%-е квантили, по которым графоаналитическим методом рассчитыва­ется параметры кривой обеспеченности. Если малая продолжи­тельность наблюдений на изучаемом створе не позволяет уверен­но построить график связи со створом-аналогом, то приходится использовать более приближенный прием.

2. Метод гидрометрической съемки – Этот метод широко используется в составе гидрогеологических исследований для оценки естественных ресурсов подземных вод и может быть успешно применен для определения среднемноголетних значений минимальных расходов.

Для этого в исследуемом районе в период низкого стока произ­водятся одновременные измерения расходов воды на большой части рек, включая постоянные створы-аналоги. Наиболее благо­приятным для измерений является период устойчивых низких рас­ходов с отсутствием паводков. Расход, измеренный на определенную дату в створе-аналоге, сопоставляется с минимальным расходом за наблюдаемый год. Чтобы по этому расходу найти среднемноголетнее значение используют переходный коэффициент, определяемый по створам-аналогам; коэффициенты также осредняются по нескольким створам-аналогам. Значение этого коэффициента обычно слабо изменяется на однородной территории. Для боль­шей надежности получаемых результатов гидрометрическую съемку повторяют в течение 2—3 лет.

Метод позволяет определить лишь норму минимального стока. Cs и Cv берутся по аналогам.

3. Географические обобщения материалов наблюдении по минимальному стоку. Карты и расчетные формулы.

Характер географических обобщений, положенных в основу рас­четов минимального стока, различается для средних и малых рек. Для средних рек возможно применение метода географической интерполяции, реализуемого в виде карт изолиний, которые от­ражают зональные изменения минимального стока, соответствую­щие изменению зональных физико-географических факторов по рассматриваемой территории. Основой расчетных схем для опре­деления минимального стока малых рек являются зависимости его от площади водосбора, непосредственно связанной с рядом важнейших характеристик, влияющих на величину подземного к поверхностного стоков, а в конечном итоге и на величину мини­мального стока.

Особенностью способов географических обобщений материа­лов гидрометрических наблюдений по минимальному стоку, при­нятых в настоящее время, является использование в качестве опорной величины модуля или расхода 80%-й обеспеченности. Смысл этого приема состоит в следующем. Необходимые в рас­четной практике значения минимального стока находятся в срав­нительно узком диапазоне обеспеченностей (от 75 до 97%), где тенденция уменьшения расходов воды с ростом обеспеченности меняется достаточно плавно и однообразно по территории. По­этому коэффициент перехода от стока 80%-й обеспеченности к величинам большей обеспеченности обычно весьма устойчив и мо­жет быть районирован. Переходные коэффициенты устанавлива­ются с помощью районных графиков связи минимальных 30-дневных расходов воды 80%-й обеспеченности с такими же расхода­ми, но другой обеспеченности.

Другая особенность современных методов обобщения материа­лов по минимальному стоку — использование в качестве опорной величины 30-дневного минимального расхода воды, определение которого считается более надежным, нежели среднесуточного, бо­лее подверженного случайным погрешностям.

4. Определение минимальных расходов больших рек

В данной ситуации сток рек формируется в разных физико-географических зонах, а их русла дренируют более глубокие водоносные горизонты по сравнению с местной гидрографической сетью. Поэтому для определения минимального, стока больших рек не рекомендуется использовать карты изолиний. Однако на больших реках обычно существуют пункты наблюдения за сто­ком, что позволяет определять минимальные расходы таких рек для расчетного створа по интерполяции между пунктами наблю­дений с учетом закономерности изменений низкого стока по дли­не реки. Эти изменения определяются в основном боковой приточностью между рассматриваемыми створами, а также гидро­техническими сооружениями в русле реки. Боковая приточность между расчетным и вышерасположенным створами с постоян­ными наблюдениями устанавливается по низкому стоку основных притоков или по среднему модулю стока, определенному по карте изолиний для частной площади водосбора, заключенной между рассматриваемыми створами на главной реке.

Степень влияния гидротехнических сооружений на минималь­ный сток устанавливается по фактическим данным о сбросах или водозаборах на рассматриваемом участке реки.

При наличии краткосрочных наблюдений на изучаемом створе наиболее эффективным в этой ситуации является метод гидроло­гической аналогии.

5. Расчет основных характеристик перемерзания и пересыхания

Перемерзание и пересыхание характеризуются следующими основными количественными показателями: повторяемостью р, датой наступления, датой окончания и продолжительностью.

При более или менее продолжительных наблюдениях повто­ряемость перемерзания и пересыхания определяется как отношение числа лет с наличием перемерзания (пересыхания) к общему числу лет наблюдений.

Определение трех остальных ха­рактеристик осуществляется по эмпирическим кривым распреде­ления, которые строят для дат наступления и окончания (только используются не календарные даты, а разница в днях между наиболее ранней датой в ряду наблюдений и ежегодными зна­чениями), а также продолжительности в днях. При полном отсутствии наблюдений расчет характеристик пе-ремерзания (пересыхания) осуществляется по региональным зави­симостям от площади водосбора и модуля минимального стока 80%-й обеспеченности соответствующего периода (зимнего или летне-осеннего).

Стоит добавить, что на горных реках упор ставится на зависимость минимального стока от высоты водосбора. Горный массив не держит влагу.