Содержание к диссертации
Введение
1. Естественная увлажненность и тело обеспеченность бассейна верхнего Енисея 11-42
1.1. Природно-климатические условия 11-16
1.2. Теплоэнергетические ресурсы процесса суммарного испарения 16-34
1.2.1. Уравнение теплоэнергетического баланса процесса суммарного испарения 16-19
1.2.2. Методика расчета максимально возможного испарения 19-29
1.2.3. Внутригодовое распределение максимально возможного испарения 28-34
1.3. Атмосферные осадки 34^2
2. Водный баланс 43-88
2.1. Уравнение водного баланса участка суши 43-46
2.2. Водный баланс речных бассейнов за период половодья 47-48
2.3. Методика определения составляющих водного баланса за период половодья 48-54
2.3.1. Основы метода гидролого-климатических расчетов 51-54
2.4. Количественная оценка характеристик элементов водного баланса за период половодья 54-88
2.4.1. Осадки, формирующие весеннее половодье 54-59
2.4.2. Суммарное испарение 59-70
2.4.3. Влагозапасы деятельного слоя почвогрунта 70-76
2.4.4. Потери талых вод на аккумуляцию и другие виды поверхностного задержания 76-81
2.4.5. Изменчивость количественных характеристик водного баланса 81-88
3. Весенний сток 89-113
3.1. Гидрологическая изученность территории и современная сеть гидрометрических наблюдений 89-94
3.2. Обоснование расчетного периода для анализа весеннего стока 94-98
3.3. Слой весеннего стока 98-108
3.4. Изменчивость слоя весеннего стока I08-III
3.5. Коэффициент стока весеннего половодья III-II3
4. Вопросы прогноза объема талых вод П4-І37
4.1. Анализ существующих методик для оценки водных ресурсов весеннего стока II4-II7
4.2. Методика прогноза весеннего стока II7-I24
4.3. Практическое применение и прогнозы весеннего стока 124-137
Основные выводы 138-140
Список литературы I4I-I60
Приложения I6I-2I6
Акт внедрения 217
- Природно-климатические условия
- Уравнение водного баланса участка суши
- Гидрологическая изученность территории и современная сеть гидрометрических наблюдений
- Анализ существующих методик для оценки водных ресурсов весеннего стока
Природно-климатические условия
Район исследования - юг Красноярского края южнее 56 с.ш. и Тувинская АССР - по физико-географическому районированию (Ю.Г.Пармузин и др. /133/) относится к Алтайско-Саянской горной стране и представляет собой палеозойское складчатое сооружение с громадной амплитудой тектонических движений. Основными орографическими элементами территории являются плосковершшные системы и хребты Саян и ряд межгорных впадин и котловин. Саяны состоят из: Западного Саяна - горного массива, простирающегося в северо-восточном направлении, и Восточного Саяна, ориентированного с северо-запада на юго-восток. Наиболее значительными котловинами являются Канско-Рыбинская, Чулшо-Енисвйская, Минусинская, Тувинская и Тоджинская. Наличие высоких хребтов и межгорных котловин обусловливает большую амплитуду колебания высот в этом районе , изменяющихся от 150 до 3900 м. Самая высокая точка - гора Мунгун-Тайга - имеет высоту 3976 м и находится на юго-западе Тувинской АССР. Орографическая схема Алтайско-Саянской страны, заимствованная из справочника /163/, приведена на рис. I.I.
Основные особенности климата определяются географическим положением Средней Сибири /175/.Расположение района в глубине азиатского материка определяет степень континентальности климатических условий на всей исследуемой территории; зимы здесь суровые, а летние периоды непродолжительны. Особенно резко континенталь-ность климата проявляется в южных межгорных котловинах - Минусинской и Тувинской. Большое влияние на климатические условия Средней Сибири оказывает также циклоническая деятельность. На территории юга Средней Сибири циркуляционные процессы различны в летний и зимний период. В холодное время года обший климатический фон определяется, с одной стороны, большим влиянием азиатского антициклона, центр которого расположен на территории Монгольской Народной Республики. С другой стороны, зимние климатические условия определяются циклоническими образованиями арктического фронта, движущегося из Средней Азии на южную часть Средней Сибири. В передних частях циклона происходит вынос теплых континентальных масс воздуха, приводящих к резкому повышению их температуры, иногда до положительных значений. Циклоническая деятельность наибольшей интенсивности наблюдается в первую половину зимнего периода. В это время года климатический режим переменчив, сухая антициклоническая погода сменяется периодами ветреной погоды с метелями и оттепелями и интенсивным нарастанием снежного покрова. В теплый период циркуляционные условия климатообразования развиваются вследствие разницы температур между значительно прогретыми воздушными массами пустынь Монголии и менее прогретыми массами воздуха горных районов Алтая и Саян. Через крайние южные районы Красноярского края и Тувинской АССР в летние месяцы проходит ветвь азиатского полярного фронта, на которой часто возникают циклоны, перемещающиеся с запада на восток и северо-восток и обусловливающие обильное увлажнение районов сопряжения Западного и Восточного Саяна /175/.
В целом исследуемая территория наиболее часто, 60-70$ дней в году, характеризуется антициклоническими условиями атмосферной циркуляции - режимом преимущественно сухой, малооблачной погоды с резкими колебаниями температуры по сезонам года.
Наряду с глобальными циркуляционными процессами большое влияние на ресурсы климата оказывают орографические особенности территории, высота склонов, ориентация относительно основных направлений перемещения влагоносных масс воздуха, экспозиция склонов.
Уравнение водного баланса участка суши
Водный баланс любого участка деятельной поверхности суши необходимо рассматривать с учетом закона сохранения и фазового превращения влаги применительно к ее круговороту, что выражает-ся количественным соответствием приходных и расходных статей водного баланса за любой промежуток времени.
Общая схема круговорота влаги на уровне земной поверхности в некотором аэрированном расчетном слое почвы hp , в аэрированном слое почвогрунта между зеркалом грунтовой воды и поверхностью почвенного слоя hrB hp , а также в слое почвогрунта, насыщенного грунтовой водой над водоупором, представлена на рис. 2.1, где в соответствии с принятыми нами обозначениями:
КХ - общее количество атмосферных осадков с исправлением еи-. стематических погрешностей; С - конденсационная влага (роса, иней, поверхностная и внут рипочвенная конденсация, изморозь); z - суммарное испарение; У,, У2 - приток и отток поверхностных вод; /, - приток и отток почвенной влаги в расчетном слое hp ; Sf,S2 - приток и отток почвенной влаги в слое hrB - hp ; Pf,P2 - приток и отток грунтовых вод; Wf, Wz - влагозапасы в расчетном слое почвогрунтов на начало и конец расчетного периода; Q1tQ2- влагозапасы в слое hr - hp на начало и конец расчетного периода; df-,A2 - влагообмен между воздухом и почвой на уровне дневной поверхности;
Гидрологическая изученность территории и современная сеть гидрометрических наблюдений
Первые попытки наладить стационарные наблюдения на реках Средней Сибири относятся к началу века, когда Министерством путей сообщения были начаты наблюдения за уровнями воды на ряде крупных рек. Первые водомерные посты были открыты в 1902 г. на р. Енисей в створах с. Казачинское, г. Красноярск и г. Минусинск. дальнейшее развитие водомерная сеть получила при проведении Верхне-Енисейской экспедиции МПС под руководством В.М.Роде-вича (I907-I9I0 гг.) /160/. В ходе изысканий с целью составления судоходных карт были открыты новые водомерные посты, проведена съемка отдельных участков, обследование порогов, шивер и т.д.
Значительный вклад в изучение режима стока и гидрографических характеристик рек Сибири внесла Обь-Енисейская ошісная партия МПС под начальством Е.В.Близняка (Ї9І0-І9І2 гг.). Ею были обследованы значительные участки рек Енисей и Кан, составлена первая лоцманская карта Енисея от устья Хемчика до г. Красноярска.
Планомерное развитие гидрометрической сети началось после организации в 1929 г. гидрометрической службы СССР, под руководством которой началось формироваше единой государственной сети метеорологических и гидрологических станций. Особенно быстро гидрометрическая сеть начала развиваться после Великой Отечественной войны: с 1946 по 1950 год было открыто 22 поста, с 1951 по 1956 - 20, с 1956 по I960 гг. - 24 (табл. 3.1).
В работе были также использованы данные сопредельных территорий .бассейна р. Ангара - 17 створов и р. Чулым - 17 створов. Продолжительность наблюдений за стоком воды в реках бассейна Верхнего Енисея и р. Чулым по 1980 г. включительно и бассейна р. Ангара по 1976 г. характеризуется данными табл. 3.2 /161, 162, 163/.
Анализ существующих методик для оценки водных ресурсов весеннего стока
Основными характеристиками весеннего половодья являются: объем стока, максимальный расход, наивысший уровень и время их наступления.
Сток за период половодья определяется в основном тремя главными факторами: количеством снега, аккумулированного в течение холодного периода, количеством осадков, выпавших в период формирования половодья, условиями поглощения влаги речным водосбором в период снеготаяния и отекания талых вод.
Воздействие этих и ряд других стокообразующих факторов сказывается на коэффициенте стока п , зависящего от доли осадков, формирующих сток, затраченных на различные виды потерь. Большое влияние на объем весеннего стока может оказывать также интенсивность снеготаяния, промерзание почвогрунтов, испарение снега и талых вод, глубина залегания грунтовых вод, морфометри-ческие характеристики бассейна.
Возможность оценки водопоглотительной способности речного бассейна определяет возможность долгосрочных прогнозов объема талого стока. Основное направление прогнозов весеннего стока, разработанное Б.А.Аполловым /5, 6/ получило дальнейшее теоретическое и математическое обоснование в работах В.Д.Комарова /75, 86/, Е.Г.Попова /150, 151/, Г.П.Калинина /81/, Д.А.Буракова /33 37/ и др.
Основой методик долгосрочных прогнозов стока за период половодья, используемых в настоящее время, являются воднобалансо-вые зависимости, устанавливаемые для отдельных речных бассейнов или групп однородных по климатическим факторам и условиям водопоглощения бассейнов. Необходимым условием получения прогнозных зависимостей является наличие соответствующих исходных данных за достаточно длинный промежуток времени. В первую очередь это относится к генетически однородным значениям слоя стока за период половодья и суммарного количества поступившей на поверхность бассейна воды. Вследствие недостатка данных и невысокой их точности определение этих величин сопряжено с большими трудностями. В особенности это относится к горным водосборам, где из-за слабой освещенности наблюдениями за осадками верхних частей водосбора практически невозможно получение объективной информации для построения прогнозных схем.
Такое положение привело к тому, что большинство разработок по влиянию различных факторов на формирование весеннего стока и прогнозам объема стока за период половодья выполнено по равнинным территориям, с более густой метеорологической сетью и более равномерным распределением метеорологических элементов по территории Д4, 41, 67, 70, 75, 78, 96, 97, 157, 176, 204/.
Из-за трудностей определения таких составляющих водного баланса как изменение запасов в почвенном покрове, количества воды, задержанной на поверхности бассейна, инфильтрации за время снеготаяния, на практике обычно устанавливают зависимости стока только от главных факторов /205/.
