Построение карт изолиний для различных характеристик стока

ВВЕДЕНИЕ

В этом модуле вы ознакомитесь со следующими вопросами: годовой сток, построение карт изолиний для различных характеристик стока, кривые повторяемости и обеспеченности, коэффициент асимметрии и изменчивости, расчет годового стока при наличии ряда наблюдений и при недостатке гидрометрических данных, внутригодовое распределение строка. На практическом занятии изучите методы построения эмпирической кривой обеспеченности.

СХЕМА ИЗУЧЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Годовой сток

Годовым стоком называют количество воды, стекшее с данного бассейна за год. Годовой сток в каком-либо створе реки не остает­ся постоянным от года к году: многоводные группы лет чередуются с маловодными, иногда на общем фоне многоводья отмечаются от­дельные маловодные годы, и наоборот.

Средние значения годового стока за многолетний период, включающий несколько полных (не менее двух) циклов колебаний водности реки при неизменных географических условиях и одинаковом уровне хозяйственной деятельности в бассейне реки, называют нор­мой стока. Практически за норму гидрологических характеристик принимается среднее значение, определённое по ряду длительно­стью 40...60 лет. Норма стока является основной гидрологической характеристикой, которую используют при определении других ха­рактеристик стока, например годовых величин стока разной обес­печенности, сезонных и месячных величин стока и т. д. Норма сто­ка имеет важное значение при проектировании гидротехнических сооружений, водохранилищ, систем водоснабжения и других видов водохозяйственного строительства.

Принято считать, что норма стока является устойчивой вели­чиной, будучи обусловленной устойчивостью среднемноголетних осадков и испарения, т. е. средняя арифметическая величина стока, вычисленная за достаточно длительный период наблюдений, оста­ется постоянной независимо от прибавления к многолетнему ряду новых членов. Однако это представление оказывается не совсем верным. По геологическим и историческим данным установлены циклические колебания климатических факторов с длительностью циклов около 1800 лет.

Кроме циклических колебаний стока, связанных с циклическими колебаниями климатических факторов, изменения стока вызывают­ся также хозяйственной деятельностью человека.

Норма годового стока может быть выражена в виде среднегодо­вых значений расхода воды Q (м³/с), объема стока W (м³), моду­ля стока q_r [м³/(с-км²)], слоя стока Я„ (мм).

Максимальным стоком (высоким стоком) называют объем или слой стока за время прохождения основной волны половодья или за период наибольшего дождевого паводка.

Минимальным стоком (низким стоком) называют наименьший сток рек, наблюдающийся в межень (летнюю или зимнюю).

Построение карт изолиний для различных характеристик стока

При отсутствии гидрометрических данных норма стока опреде­ляется по карте среднего годового стока рек СССР, составленной Государственным гидрологическим институтом (ГГИ) для всей территории СССР. Могут быть использованы и региональные карты стока.

Карты гидрологических характеристик — результат обширных обобщений, основанных на изучении изменения по территории ха­рактеристик стока. Результаты такого изучения могут быть пред­ставлены: 1) в форме карт с изолиниями гидрологических харак­теристик; 2) в виде карт, на которых выделены регионы (зоны) и указаны числовые значения параметров, свойственных данному региону. Существуют две разновидности карт первого типа: карты с изолиниями характеристик стока (слой стока и др.) и карты с параметрами формул.

В основе метода изолиний лежит предположение о непрерыв­ном (плавном) пространственном (зональном) изменении по тер­ритории гидрологических характеристик стока. При районировании территории по гидрологическим характеристикам более полно учи­тываются локальные (азональные) факторы стока.

Условие гидрологического картирования в форме изолиний мож­но записать в следующем виде (по А. А. Соколову):

Первая карта изолиний нормы стока была составлена в 1927 г. Д. И. Кочериным. Она имела существенное научное и практическое значение. Была составлена детальная карта нормы стока с изолиниями модулей стока М₀ (л/(с-км²)). На ней учтены не только зональные факторы стока в виде изолиний, но и азональ­ные. На карте выделены территории, для которых характерны (применительно к малым рекам) независимость М₀ от F, умень­шение М₀ с возрастанием F; увеличение М₀ с уменьшением F. Вы­делены зоны, где Мо увеличивается с высотой местности. Рекомен­дованы таблицы поправочных коэффициентов к М₀, получаемым по карте ГГИ. Они учитывают дренирование .реками подземных вод в зонах переменного увлажнения и увеличение стока вследствие уменьшения его потерь на испарение с поверхности водосборов в зонах недостаточного увлажнения.

Карту модулей стока ГГИ рекомендуется применять при F< 50 000 км². Значение М₀ для неизученной реки определяется в центре водосбора прямолинейной интерполяцией между изолиниями стока. Если водосбор пересекается несколькими изолиниями, подсчитывается среднее взвешенное значение М₀ по формуле:

М_0п — средние значения модуля стока между смежными изолиниями, принимаемые равными среднему арифметическому из двух значений модулей стока; fi, /₂ F_n — соответствующие площади между изолиниями; F — площадь водосбора до расчетного створа.

При наличии озер на водосборе происходят дополнительные потери стока на испарение с поверхности воды. Эта потеря учитывается формулой:

М_0оз — норма модуля стока озерной реки, л/ (с -км²); М₀ — нормa модуля стока по карте, л/ (с -км²); х₀ — средний многолетний "чон осадков в бассейне реки, мм; z₀ — средний годовой слой испарения с водной поверхности, мм; Коз — озерность водосбора долях единицы).

Советскими гидрологами карта изолиний Мо составлена и для всего земного шара. Зная М₀, расход Q₀ (м³/с) подсчитывают по формуле