Многолетние колебания стока рек Новосибирской области

Si - площадь зеркала озера, км2;

Fi - площадь водосбора озера, км2;

с - параметр, величина которого зависит от среднего слоя половодья и в соответствии с [18] при значениях h ? 100 мм, 100 ? 50 мм, 50 ? 20 мм и >20 мм соответственно равна 0,2; 0,2 ? 0,3; 0,3 ? 0,4 и 0,4.

При отсутствии сведений о площадях водосборов отдельных озер коэффициент озерности принимается равным величине относительной озерности, %

(4.7)

Если степень озерности менее 2% и озера расположены вне главного русла и основных притоков, снижение максимального стока за счет регулирующего влияния озер не учитывается.

При наличии в бассейне большого числа малых озер с незначительной емкостью, рассредоточенных по всему бассейну и расположенных вне главного русла и основных притоков, величина коэффициента д принимается равной 0,8 независимо от степени озерности.

Таким образом, формула, рекомендуемая для расчета максимального модуля 1%-ной обеспеченности (м3/с·км2) неизученных рек, имеет следующий окончательный вид:

(4.8)

Величина h1% определяется согласно рекомендациям, изложенным выше. Параметр Ко принимается по аналогии с изученными реками, а при отсутствии аналога определяется по карте (рисунок 4.9). Коэффициенты д и д2 вычисляются по формулам (4.3 и 4.5). Для определения с помощью формулы (4.2) максимальных расходов других обеспеченностей необходимо учитывать коэффициент м, который зависит от расчетной вероятности расхода и принимается, согласно [14, 18], по таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Значения коэффициента м для расчета максимальных расходов воды различной обеспеченности по формуле 4.2

5. Меженный сток рек

5.1 Основные характеристики летнего меженного периода

На большинстве рек Новосибирской области четко выраженной фазой водного режима является летняя, а точнее летне-осенняя межень.

Для характеристики летне-осенней межени использованы данные справочников по водным ресурсам для 33 пунктов с периодом наблюдений обычно не менее 10 лет. Во всех случаях выделение меженного периода выполнено за отдельные годы по гидрографам стока, после чего вычислялись определенные характеристики. За начало межени принималось при этом окончание весеннего половодья и за конец - появление на реке устойчивых ледяных образований. Паводки, объем которых превышал объем стока реки за период от начала межени до конца рассматриваемого паводка более чем на 10%, исключались, и общий период межени в этих случаях определялся как сумма двух или нескольких маловодных периодов.

Сведения о величине стока за межень и за ее наиболее маловодную часть. Слой стока за межень в зависимости от общей увлажненности территории и продолжительности этого периода изменяется от долей миллиметра в засушливых районах до 30 мм и более на предгорных реках Правобережья Оби.

Следует отметить, что продолжительность летне-осенней межени по отдельным годам варьирует очень сильно, поэтому средние ее характеристики, а так же данные о средней водности реки в период межени, не приведены к единому расчетному периоду, дают лишь приближенное представление об этой фазе гидрологического режима рек.

5.2 Минимальный сток летней межени и характеристика пересыхания рек

В качестве основной характеристики минимального стока принято его наименьшее среднемесячное значение.

Время наступления минимальных месячных расходов на реках области значительно изменяется как по территории, так и от года к году. Наиболее часто минимумы стока наблюдаются в сентябре и несколько реже в августе. Значительно число случаев наступления минимальных расходов (или полного пересыхания рек) также в июле. Таким образом, к наиболее маловодному периоду летне-осенней межени следует отнести июль - сентябрь. По рекам с более устойчивым стоком этот период чаще всего приходится на август - сентябрь. В отдельные годы на ряде рек наступление минимальных расходов, или прекращение стока, отмечается в июне или в октябре.

Наличие данных о норме минимального стока по 33 пунктам позволило построить карту изолиний, которая более детально отражает характер распределения по территории области элемента стока по сравнению с ранее составленными картами. При построении карты была использована связь модулей стока со средней высотой водосборов (рисунок 5.2-5.4). По данным графикам, для различных рек данной области, можно определить модуль стока, а так же и для рек замкнутого контура.

Сведения, приведенные во втором разделе, показывают, что на всех сравнительно крупных реках области имеется по одному или несколько пунктов наблюдений. Следовательно, для конкретных участков на таких реках, расположенных выше или ниже гидрологических пунктов, может быть использован метод интерполяции или аналогии с учетом характера изменения стока по длине реки. Следует отметить, что необходим учет местных особенностей, как естественных (наличие озер, болот, гидрогеологические особенности), так и искусственно созданных (плотины, пруды, водозаборы и так далее).

Важным фактором, который следует учитывать, является площадь водосбора. Как правило, сток малых рек отклоняется от зональных его значений главным образом в сторону понижения, что связано с уменьшением дренирующей способности малой реки. В результате исследований, проведенных по минимальному стоку зимнего сезона , выявлено, что в Западной Сибири четко прослеживается связь между степенью отклонения минимального стока малых рек от его зональных значений и величиной этого зонального стока. Используя эти результаты, а так же анализ материалов по минимальному летнему стоку малых рек имеют, в общем, аналогичный характер. Поэтому для приближенной оценки редукционного коэффициента на учет площади водосбора малой реки Км можно рекомендовать таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Редукционные коэффициенты Км для расчета нормы минимального среднемесячного стока малых рек (период летней межени)

Редукционный коэффициент Км представляющий отношение фактического стока малой реки Мфак к ее зональному значению Мзон и изменяющийся в пределах от1 до 1, определяется по этой таблице в зависимости от площади данного водосбора и зональной величины модуля стока. Последняя снимается с кары (рисунок 5.1) или графика.

Как видно из таблицы 5.2, значения редукционных коэффициентов даются лишь для рек, зональный сток которых составляет 0,5 и более л/с·км2. Реки засушливой зоны, бассейны которых расположены в пределах изолиний 0,5 л/с·км2 и менее (смотри рисунок 5.1), часто полностью пересыхают. Поэтому неизученные реки этой территории с площадями водосборов менее 2 - 4 тыс. км2 при модулях зонального стока соответственно 0,2 - 0,5 и менее 0,2 л/с·км2, можно отнести к категории пересыхающих, по крайней мере в половине числа лет, т. е. норму минимального месячного стока принимать по ним равной нулю.

Анализ распределения коэффициентов вариации минимального стока по территории области показал довольно четко выраженную зависимость его от характера увлажнения. Как видно на схематической карте (рисунок 5.5), наименьшей изменчивостью минимального стока отличаются реки Правобережья Оби (Cv = 0,2 - 0,8). В пределах равнинной части области наблюдается резкое увеличение значений Cv с севера на юг, где эти значения достигают 1,30 и более. Важной характеристикой, необходимой для проектирования гидротехнических сооружений, являются минимальные месячные расходы заданной обеспеченности. В данном случае минимальный месячный сток л/с·км2 обеспеченностью 75, 90, и 95% подсчитан для 33 пунктов с достаточно длительными рядами наблюдений (таблица 5.1).

В связи с этим расчет минимального стока неизученных рек заданной обеспеченности рекомендуется производить с использованием трех параметров кривой обеспеченности: нормы минимального стока, коэффициентов вариации и асимметрии (Cv и Cs). Для разработки метода оценки коэффициентов вариации минимального стока неизученных рек использована (широко применяемая в гидрологии) закономерность в распределении этих коэффициентов в зависимости от абсолютной величины стока, которая выражается уравнением:

(5.1)

Ммин - норма минимального среднемесячного стока, л/с·км2; а и n - эмпирические параметры.

Приведенная зависимость имеет обычно региональный характер. В пределах области четко выделяются три отдельных района (рисунок 5.5), параметры формулы (5.1) по которым приводятся в таблице 5.3. Крайний юго-запад территории (район IV) наблюдениями не освещен. Для приближенных расчетов по нему модно принимать данные района III.

Таблица 5.3 - Параметры а и n для расчетов Cv минимального стока летней межени

Наступление минимальных среднесуточных расходов воды или полное прекращение стока вследствие пересыхания рек наблюдается на реках области преимущественно в июле - августе. Раньше эти явления наступают обычно на малых реках с меньшей естественной зарегулированностью стока. Наиболее ранние сроки наступления этих явлений приходятся на май, наиболее поздние на октябрь. Средние и наименьшие значения минимальных суточных расходов за период наблюдений приведены в таблице 5.1.

Для уточнения характера влияния естественной зарегулированности стока на величину параметра а, а так же учета неоднородности рядов, связанных с различной продолжительностью наблюдений и возрастающим влиянием искусственных сооружений на режим рек, необходимы специальные исследования.

Как уже отмечалось выше, преимущественно в июле - августе на реках области наступает наиболее маловодный период, который нередко сопровождается полным пересыханием рек или прекращением речного стока на перекатах и наличием оставшейся воды в речных плесах.

На резкое увеличение числа пересыхающих рек прежде всего оказала влияние общая засушливость последнего маловодного десятилетия, о чем можно судить как по водности рек, так и по уровням озер. Не исключено и возрастающее влияние хозяйственной деятельности на режим рек.

Чаще пересыхают малые реки. Площадь бассейнов пересыхающих рек возрастает по мере уменьшения увлажненности территории, которую в данном случае можно выразить модулем зонального среднемесячного минимума стока (рисунок 5.1).

Зональные значения минимального стока рек для определения наибольшей площади пересыхающей реки следует определять по карте 5.1, а для некоторых районов можно использовать график связи стока со средней высотой водосбора (рисунок 5.2 - 5.4).

Весьма различна и продолжительность пересыхания рек области. По данным ЗСУГМС (Западно-Сибирское управление гидрометеорологической службы) она изменяется от 1 - 5 до 180 суток и более. Кратковременные пересыхания рек отмечаются в разное время летне-осенней межени и не редко в самом его конце. Наиболее поздние сроки бессточного периода приходятся на октябрь и даже начало ноября . Условное продление летне-осенней межени до таких поздних сроков и обусловило столь большие значения бессточного периода в отдельные годы. Как правило летне-осенний бессточный период на таких реках переходит в зимний и сток отсутствует в течение почти всего года.

Как уже отмечалось, во многих случаях при прекращении стока происходит пересыхание рек на перекатах и остается вода в изолированных плесах. Запасы этой воды по оценкам ГГИ (Государственный гидрологический институт) при водосборной площади реки в 100 - 200, 500 - 1000 и больше 1000 км2 соответственно составляют 20, 50 - 200 и 200 - 300 тыс. м3.

5.3 Минимальный зимний сток и характеристика промерзания рек

Наинизшие расходы воды на реках области наблюдаются, как правило, в период зимней межени, который с точки зрения водохозяйственного использования рек является, поэтому лимитирующим. Принятые значения нормы минимального зимнего стока приведены в таблице 5.4.

Характер распределения нормы минимального среднемесячного стока (л/с·км2) по территории Новосибирской области представлен на карте изолиний (рисунок 5.6).

Норма минимального зимнего стока малых рек, в большей степени зависит от местных особенностей его формирования, рассчитывается путем умножения снятой с карты (зональной) величины модуля этого стока на редукционный коэффициент Км. Значения этого коэффициента в зависимости от площади водосбора и зональной величины стока определяются по номограмме (рисунок 5.7).

Минимальные зимние расходы заданной обеспеченности вычисляются по схеме с использованием коэффициентов вариации и асимметрии. Коэффициенты вариации минимального среднемесячного стока (Cv) рассчитываются по формуле (5.1), параметры которой для этой характеристики приведены в таблице 5.5. Расположение районов для определения указанных параметров приведено на рисунке 5.8.

Таблица 5.5 - Параметры а и n для расчета коэффициента вариации минимального стока зимней межени.

Значительное количество небольших рек Новосибирской области в зимний период промерзает, то есть сток их вследствие истощения запасов подземных вод дренируемой зоны полностью прекращается. Продолжительность промерзания в разные годы и на разных реках не одинакова. Различна и частота наступления этих явлений от года к году. Одни реки промерзают практически ежегодно, другие лишь в особо неблагоприятные зимы.

Для неизученных или слабоизученных рек расчет наибольшей площади водосбора, при которой еще возможно промерзание (Fпрмз), можно производить по эмпирической формуле:

, км2 (5.2)

а - параметр, значения которого выбираются в зависимости от заданной повторяемости промерзания. Для оценки наибольшей площади бассейна практически ежегодно промерзающих рек принимается а = 0,004, для рек, промерзающих в два года а = 0,03 и для случаев промерзания в отдельные особо неблагоприятные годы а = 0,21.

Продолжительность зимнего бессточного периода на промерзающих реках находится в функциональной зависимости от величины минимального стока. Однако на территории Новосибирской области связь этих характеристик выражена слабо и неоднозначна для рек разной водности.

Для ориентировочных расчетов средней продолжительности зимнего бессточного периода Тсут может быть рекомендована эмпирическая формула:

, сутки (5.3)

где Ммин.з - модуль минимального зимнего стока, определяемый для центра тяжести водосбора по карте (рисунок 5.6); а и b - эмпирические параметры, значения которых приводятся в таблице 5.6

Таблица 5.6 - Параметры для расчета средней продолжительности зимнего бессточного периода.

Следует отметить, что для меженного стока рек Новосибирской области длительные периоды осенней и зимней межени являются весьма неблагоприятными для водохозяйственного использования многих из них. Особенно это относится к центральным и южным районам, где почти все реки часто пересыхают летом и перемерзают зимой. В основном пересыхают и промерзают реки бассейна Оми, Шегарка, Бакса и ряд более мелких. Следовательно, рациональное использование водных ресурсов этих рек возможно только на базе искусственного регулирования их стока.

Размещено на Allbest.ru