книги из ГПНТБ / Донской И.П. Водный транспорт леса учебник

в теплую часть, года; реки с паводочиым режимом. Реки каждой из этих групп подразделяются на несколько типов, учитывающих климатические особенности отдельных территорий [24], [62].

§ 7. РЕЖИМ УРОВНЕЙ И РАСХОДОВ ВОДЫ

Уровни воды. Уровнем воды называется возвышение поверх­ ности воды над некоторой условной плоскостью. В пунктах наблю­ дения за уровнями воды (на водомерных постах) эта условная плоскость называется нулем графика. В тех случаях, когда нуль

н}см

Уровни воды в реках постоянно изменяются. Различают сезон­ ные, многолетние и случайные колебания уровней. Сезонные коле­ бания определяются неравномерностью стока реки в течение года, многолетние — изменением объема стока за год, случайные — обра­ зованием ледяных или бревенных заторов, подпором от сооруже­ ний, нагоном воды или другими подобными причинами.

По данным ежедневных измерений уровней, на водомерном по­ сту составляют годовой график колебания уровней, показанный на рис. 16. Если уровни воды даются над нулем графика, они обозна­ чаются буквой Я; если же они переведены в отметки съемки реки, то на оси ординат ставится знак z.

30

На графике показаны колебания уровней в створе реки за три года. Из-за колебаний объема стока и климатических условий этих лет графики могут быть различны, но в целом сохраняют свой характер. Жирные линии в верхней части графика обозначают пе­ риод ледостава, т. е. время, в течение которого река покрыта льдом. Период открытого русла, продолжающийся от вскрытия до замерзания реки, называется навигационным.

Наибольшая разность уровней в створе реки называется ампли­ тудой колебания уровней; различают годовую амплитуду и много­

наоборот. Таким образом, если имеется го­ довой график колебания уровней в створе, можно для каждого

и однозначная, форма гидрографа будет подобна форме графика колебания уровней.

Фазы водного режима и факторы, его определяющие. В водном

режиме рек можно выделить четыре основные характерные фазы (рис. 18).

Половодье — период наибольшей в году водности, характери­ зуемый высоким и длительным подъемом уровня, происходящим за

ностью и преимущественно грунтовым питанием. Различают лет­

31

Время наступления каждой из основных фаз водного режима, их продолжительность, а также характер изменения уровней и рас­ ходов воды при переходе от одной фазы к другой зависит от мно­ гих факторов. Основными из них являются: тип питания реки, кли­ матические условия, а также площадь и характер бассейна. Осо­ бенно важно отметить роль озер и болот на поверхности бассейна.

пол

А

зм лм Па.8 зм

/1 V

• —

т

Задерживая воду в период половодий и паводков и частично ее ак­ кумулируя, они выравнивают сток в течение года — за счет умень­ шения расходов и уровней воды в многоводные периоды и увели­ чения их в межень.

Характерные уровни и расходы воды. Для проектирования тре­ буются некоторые характерные уровни и расходы воды. Уровни определяют обычно по графику их колебаний, а соответствующие им расходы воды по кривой расхода.

К важнейшим из характерных уровней и расходов воды отно­

него половодья и дождевого паводка), а также отвечающий ему максимальный расход воды <2макс;

В О Д Ы Q C p . м е ж !

32

г) максимальный и минимальный уровни весеннего ледохода и некоторые другие.

Для каждого из перечисленных выше или других характерных уровней в разные годы несколько меняется величина и дата их наступления. Чтобы судить о возможных отклонениях по величине и по времени наступления того или иного характерного уровня, строят так называемый типовой график колебания уровней, пока­ занный на рис. 19. Для каждого характерного уровня определяют по данным многолетних наблюдений наименьшую, наибольшую и среднюю его величину, а также самую раннюю, самую позднюю и среднюю даты наступления этого уровня. График строится схема­ тично, по средним величинам и средним датам наступления характерных уров­ ней. «Кресты» на этих точках показы­ вают пределы отклонений соответствую­ щих величин за период наблюдений.

§ 8. РЕЧНОЙ СТОК И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

Речной сток зависит от комплекса физи­ ко-географических факторов, включающих климатические условия,

географические характеристики бассейна почвы (растительный по­ кров, рельеф, озера, болота), его форму и размеры. Во всем этом комплексе решающим оказывается климат.

Средний годовой сток, как это следует из уравнения водного баланса речного бассейна (15), равен разности осадков и испаре­ ния на территории бассейна, т. е. зависит только от климатических условий. Правда, некоторые географические факторы (например, растительный покров и болота) могут оказывать влияние на со­ отношение испарения и осадков; однако, как показал Д. Л. Соко­ ловский (62], в районах избыточного увлажнения, к которым отно­ сятся основные лесопромышленные районы СССР, это влияние не­ значительно.

Сезонный и месячный сток (внутригодовое распределение стока) зависит также и от рельефа, почвеино-геологических условий, рас­ тительного покрова и гидрографических особенностей бассейна.

Легко проницаемые почвогрунты (пески, галька) способствуют фильтрации талых и дождевых вод в подземный бассейн и, таким образом, замедляют их сток в реку. В том же направлении влияет и лесной покров, замедляющий таяние снега и снижающий, таким образом, максимальные расходы половодья. Чем больше уклон речной долины и круче ее склоны, тем быстрее протекают

33

процессы паводкового стока, следовательно, возрастает неравно­ мерность в распределении стока — максимальные расходы увели­ чиваются, а минимальные уменьшаются.

С увеличением площади бассейна сток с него становится обычно более равномерным в течение года.

Характеристики речного стока. При изучении режима рек и про­ ведении гидрологических расчетов используются следующие харак­ теристики речного стока:

1. Расход воды Q характеризует среднесекундный сток в рас­ сматриваемом створе реки. Средний расход воды за какой-либо

где 86 400 — число секунд в сутках, то для объема месячного и го­

В интегральной форме выражение для объема стока за период

гидрографа в данном периоде. Это важное положение используется при расчетах регулирования стока.

3. Модуль стока М — расход воды, л/сек, поступающий в реку с 1 км2 площади бассейна. Таким образом, в отличие от расхода воды или объема стока модуль стока не связан с конкретным ство­ ром реки, а характеризует сток с бассейна в целом. При не очень

34

большом протяжении реки модуль стока может считаться постоян­ ным для всех ее створов.

Постоянство модулей стока для створов реки, расположенных другот друга на небольшом расстоянии, позволяет получить важ­

35

нормы стока существенно не меняется. Обоснование числа лет, обеспечивающего нужную точность расчета нормы стока приво­ дится в последнем разделе этого параграфа.

6. Модульный коэффициент К — отношение какого-либо члена гидрологического ряда к среднему арифметическому этого ряда. Исходя из этого определения:

модульный коэффициент годового стока

годовых расходов воды.

Модульные коэффициенты могут устанавливаться для любых периодов стока и вообще для любых гидрологических и метеороло­ гических характеристик (уровни, осадки, испарение и т. д.).

7.Коэффициент стока т\ характеризует отношение объема стока

кобъему осадков за один и тот же период:

Определение нормы стока и ее применение в гидрологических

расчетах. Для получения средней характеристики стока необхо­ димо, чтобы период наблюдений охватывал не менее двух полных

Требуется, чтобы среднеквадратичная ошибка нормы стока не превышала 5%.

36

клонение стока отдельных лет от нормы. Степень неравномерности стока зависит от географической зоны, в которой протекает река. Для интересующей нас лесной зоны СССР нужная точность нормы стока обеспечивается при числе членов ряда я=30 - ь40 лет [62].

При более коротком сроке наблюдений проводится «удлинение гидрологического ряда» способами, описываемыми в специальных пособиях по гидрологии [31], (38].

Особый интерес представляет норма стока, выраженная через среднемноголетний модуль стока М0. Поскольку модуль стока за­ висит от географического положения бассейна реки, среднемноголетние его значения, полученные для разных бассейнов, можно на­ нести на карту. Проведя по этим отметкам линии равных значений модуля, получим так называемую карту изолиний среднемноголетнего модуля стока М0 [24]. Часть такой карты, составленной Б. Д. Зайковым для Европейской территории СССР, показана на рис. 21. Аналогичная карта имеется для Азиатской части СССР.

Карта изолиний М0 имеет важное значение при расчетах стока мало изученных рек. Если известна площадь водосбора реки F, то отыскав реку на карте изолиний и примерно представив себе гра­

§ 9. КОЛЕБАНИЯ ГОДОВОГО СТОКА И ИХ ОЦЕНКА

Основной причиной колебаний годового стока является измен­ чивость климатических факторов — осадков, испарения, темпера­ туры воздуха и т. д. Все они взаимосвязаны, но в то же время каждый из них зависит от многих других причин, которые имеют случайный характер и поэтому учесть результат их взаимодействия невозможно.

Для .целей проектирования нужны данные об элементах гидро­ логического режима с заданной вероятностью их превышения. Та­ ким образом, на основе данных за сравнительно короткий пред­ шествующий период нужно установить характеристики стока, кото­ рый будет наблюдаться в будущем — быть может один раз в сто лет.

Общее решение этой задачи возможно только с применением методов математической статистики и теории вероятности.

38

Частота и обеспеченность гидрологических элементов. Для ха­

рактеристики величины гидрологических элементов (расходов воды, уровней и т. д.) используют понятия математической статистики — частоту (повторяемость) и обеспеченность (продолжительность).

Частота показывает, во скольких случаях за рассматриваемый период величина гидрологического элемента находилась в опреде­ ленном интервале. Обеспеченность показывает, во скольких случаях наблюдались величины гидрологического элемента, превышающие определенное его значение или равные ему. В более широком по­ нимании обеспеченность можно определить, как вероятность пре­ вышения данной величины.

Графически изменение частоты и обеспеченности изображается кривой частоты или распределения а и кривой обеспеченности б, показанными на рис. 22. Обе эти кривые могут строиться для любых меняющихся гидрологических величин — среднегодовых расходов воды или модулей стока, максимальных уровней или рас­ ходов воды, для модульных коэффициентов и т. д. Из двух этих кривых наибольшее значение в практических гидрологических рас­ четах имеет кривая обеспеченности.

Из кривой обеспеченности видно, что чем больше абсолютная величина какого-либо гидрологического элемента, тем меньше про­ цент его обеспеченности и наоборот. Поэтому годы, для которых обеспеченность стока (т. е. среднегодовой расход воды Qr c w ) меньше 50%, принято считать многоводными, а годы, с обеспечен­ ностью (Згод больше 50% —маловодными годами. Год с обеспечен­ ностью стока 50% считается средним годом.

39