авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

«В. С. Вуглинский ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ВОДНЫЙ БАЛАНС КРУПНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ СССР ЛЕНИНГРАД ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ 1991 У Д К 556.552 ...»

-- [ Страница 4 ] --

ВОДНЫЙ БАЛАНС КРУПНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ 5.1. Существующие способы оценки надежности расчета водного баланса В связи с тем, что отдельные элементы, входящие в уравнение водного баланса, определяют с погрешностями, а некоторые мало значащие компоненты баланса вовсе не учитывают, при численном решении уравнения водного баланса появляется дополнительный член, характеризующий суммарную погрешность расчета и опре деляемый как невязка баланса. По значению невязки судят о на дежности расчета водного баланса.

Как известно, суммарная погрешность определения какого либо элемента балансового уравнения определяется суммой систе матической и случайной погрешностей. Систематические погреш ности являются следствием неучета каких-либо постоянно дей ствующих факторов, приводящих к систематическим отклонениям определяемых элементов баланса от их истинных значений.

Выявить систематические погрешности можно либо путем сравне ния полученного значения элемента с эталоном, либо при анализе невязок уравнения водного баланса. Первый подход примени тельно к рассматриваемой задаче невозможен, так как неизвестны истинные значения отдельных элементов водного баланса водо хранилищ. Второй подход позволяет в некоторых случаях выявить возможные причины систематических погрешностей и попытаться устранить их. В целом, однако, следует отметить, что системати ческие погрешности определения элементов водного баланса водо хранилищ изучены еще довольно слабо. Можно полагать, как это делают, например, при определении элементов водного баланса речных бассейнов, что значения систематических погрешностей малы по сравнению со случайными и ими можно пренебречь.

Случайные погрешности определения отдельных элементов ба ланса оценивают, как известно, значением среднеквадратического отклонения oT = a t / ^ n, (5.1) где сн — среднеквадратическое отклонение, п — число членов ряда.

ПО»

Ориентировочные средние значения случайных погрешностей определения основных элементов водного баланса водохранилищ, заимствованные из работы [124], приведены в табл. 5.1. Для оцен ки суммарной погрешности расчета водного баланса водохрани лища широко используют зависимость a a 2r n°iai 5-2) ore = V ? + */+ ••• + fe + + ••• где гц, гik — коэффициенты парной линейной корреляции между элементами водного баланса.

Таблица 5. Средние значения случайных погрешностей определения основных составляющих водного баланса водоемов Случайная погрешность Э л е м е н т баланса определения, % Измеренный приток (отток) на равнинных реках с устойчивым руслом ± на горных реках ±(15...20) на крупных ГЭС ±(2...5) на м а л ы х и средних ГЭС ±(5...8) Рассчитанный приток для равнинных рек ± д л я горных рек до ± 5 Измеренные осадки на поверхность водоема ± Испарение с поверхности водоема, рассчитанное по формуле ±12, ГГИ Измеренный средний уровень водоема ±(1...2)* Подземный водообмен ± ( 5 0... 100) * Погрешность определения среднего уровня водоема в сантиметрах.

Известно, что при отсутствии корреляционных связей между отдельными элементами баланса рассчитывать а 6 по формуле (5.2) можно без учета членов, содержащих значения коэффициен тов корреляции. Выполненный на примере 22 крупных водохрани лищ СССР анализ парных коэффициентов корреляции между эле ментами водного баланса показал, что практически всегда суще ствует тесная корреляционная связь между двумя основными составляющими уравнения водного баланса — притоком и стоком.

Кроме того, нередко ряды осадков и испарения оказываются также корреляционно связанными между собой (табл. 5.2). Поэто му при оценке суммарной погрешности расчета водного баланса водохранилища использование упрощенной зависимости вместо формулы (5.2) неправомерно.

В практике воднобалансовых расчетов водоемов в качестве условия надежности таких расчетов принимают следующее соот ношение [124]:

-1,96(т661,96аб. (5.3) 111»

Таблица 3. Парные коэффициенты корреляции между годовыми значениями элементов водного баланса водохранилищ Расчетный Г Р/Е Водохранилище период г 'п/«п Братское 1962-- 8 0 0,28 0, Верхнетуломское 1965-- 8 0 0,74 0, Боткинское 1966-- 8 0 0,99 —0, Днепровское 1957-- 8 0 0,99 —0, Днепродзержинское 0, 1965-- 8 0 —0, Иваньковское 1952-- 8 0 0,99 0, Ириклинское 1963-- 8 0 0,89 0, Кайраккумское 1957-- 8 0 0,98 0, Камское 1956-- 8 0 0,96 -0, Киевское 1967-- 8 0 0,99 —0, Красноярское 0, 1967-- 8 0 —0, Кременчугское 1961-- 8 0 —0, 0, Куйбышевское 1957-- 8 0 0,93 —0, Мингечаурское 1958-- 8 0 0,78 —0, Новосибирское 0,99 —0, 1960-- 8 Павловское 1961--80 0,99 0, Рыбинское 1948--80 0, 0, Саратовское 1969--80 0,99 —0, Серебрянское 1970--80 0,65 0, Угличское 1952--80 0,99 0, Цимлянское 1953--80 0,88 —0, Шекснинское 1964--80 0,91 —0, Примечание. / п — приток, Q„ — сток, Р — осадки, Е — испарение.

Если значение невязки выходит за пределы указанного интер вала, считают, что водный баланс рассчитан ненадежно. В этом случае надо тщательно проанализировать погрешности расчета отдельных элементов баланса и при возможности их откоррек тировать.

5.2. Методика увязки водного баланса Увязка водного баланса заключается в «разнесении» невязки по отдельным элементам баланса, входящим в расчетное урав нение. Ее производят только в том случае, если полученное значе ние невязки не выходит за пределы, определенные выражением (5.3). Предварительно по имеющимся р я д а м среднегодовых или среднемесячных значений элементов водного баланса и невязки с использованием метода множественной линейной регрессии на Э В М по стандартной программе рассчитывают среднеквадрати ческие отклонения отдельных элементов и матрицу парных коэф фициентов корреляции.

При правильно выполненных расчетах значение сводного ко эффициента корреляции RM — 1, коэффициенты уравнения регрес сии при приходных компонентах баланса равны 1, при расходных — 1, а свободный член равен 0. * Если коэффициент парной корре ляции между невязкой и каким-либо одним элементом баланса оказался значимым (г ^ 0, 5 ), то рекомендуют относить невязку к данному элементу и на этом увязку водного баланса завершать.

Д а л е е показано, что такой прием не всегда правомерен. Кроме того, при увязке водных балансов водохранилищ встречались слу чаи, когда у невязки были обнаружены значимые коэффициенты корреляции с двумя и д а ж е тремя элементами баланса. Очень часто встречаются т а к ж е случаи, когда коэффициенты парной корреляции незначимы.

Применительно к водохранилищам разработаны приемы увяз ки водного баланса, которые изложены далее. Они основаны на использовании коэффициентов поправок, которые впервые реко мендованы В. Г. Андреяновым и В. И. Бабкиным для увязки вод ных балансов речных бассейнов [7]. Суть их предложения заклю чается в следующем. Ими получено выражение:

= (5-4) i тде 13/— коэффициенты уравнения регрессии при отдельных эле ментах баланса;

а, и а 6 — среднеквадратические отклонения от дельного (i-ro) элемента баланса и н е в я з к и ;

- ^ — коэффициент ларной корреляции между этим элементом и невязкой.

Учитывая, что коэффициенты р,- = + 1 и обозначая (Gi/os)r&.

через bi, получают следующее окончательное выражение:

п b i - Z b i = l, (5.5) 1= где b 1 — коэффициент поправки к единственному приходному ком поненту в уравнении водного баланса речного водосбора — осад кам, Ьг-—коэффициенты поправок к расходным элементам ба ланса.

Умножая невязку водного баланса б на коэффициент поправки bi, получают поправку к конкретному элементу водного ба л а н с а. Откорректированные значения элементов водного баланса «определяют по следующим зависимостям:

приходные компоненты х\ = х, - 1., (5.6) расходные компоненты * ;

= *, + !,. (5.7) * Установлено, что при коротких выборках (20—25 лет и меньше) значения коэффициентов могут отличаться от приведенных на ± ( 0, 0 1... 0, 0 2 ), что связано с погрешностями осреднения и расчета отдельных параметров по коротким рядам.

,8 В. С. Вуглинский Рассмотрена возможность применения изложенной схемы длж увязки годовых водных балансов 22 крупнейших водохранилищ..

С С С Р. Продолжительность периодов, за которые увязан баланс, д л я различных водохранилищ колебалась от 11 до 33 лет. Рас смотрены три случая, когда имелась тесная корреляционная связь невязки с одним и двумя или более элементами баланса и когда таких связей не было. Значимые корреляционные связи невязки с осадками были установлены для водохранилищ Кайраккумского (г = 0,612) и Павловского (г = 0,515), с испарением — для Дне продзержинске™ (г = 0,505) и Рыбинского (г = —0,565). При:

расчетах корреляционной матрицы для Кременчугского водохра нилища обнаружены большие коэффициенты корреляции невязки с притоком (г = 0,692) и оттоком (г = 0,616), а для Киевского водохранилища — с притоком (г = 0,796), осадками (г = 0,603) и оттоком (г = 0,726). Д л я всех оставшихся 16 водохранилищ., тесных корреляционых связей невязки с элементами водного ба ланса не обнаружено. В соответствии с изложенной схемой Ан д р е я н о в а — Б а б к и н а рассчитаны коэффициенты поправок Ь,- для:

всех составляющих водного баланса, включая невязку.

Анализ полученных данных позволил установить, что значения:

указанных коэффициентов в основном определяются значениями:

среднеквадратических отклонений элементов баланса и невязки И практически не зависят от коэффициентов парной корреляции между ними. Наибольшие значения коэффициентов bi получены д л я притока и оттока, т. е. элементов, характеризующихся наи большими среднеквадратическими отклонениями. Д а л е е невязки водного баланса у м н о ж а л и на коэффициенты bi и таким образом:

определяли поправки к отдельным элементам баланса. Получен ные результаты показали, что такую методику «разнесения» не вязок применительно к водохранилищам нельзя использовать по следующим основным причинам:

1) в большинстве случаев поправки для притока и оттока по лучены с одним знаком, т. е. взаимно компенсирующиеся. Абсо лютные значения этих поправок нередко достигали 25—30 % зна чений указанных элементов баланса, что не поддается логиче скому объяснению;

2) поправки к элементу, характеризующему изменение запасов воды в водохранилище, по абсолютному значению оказались во многих случаях не только сопоставимыми с самим значением эле мента, но и превышали его, а иногда приводили к изменению знака. Эти факты т а к ж е логически не объяснимы;

3) наличие значимых коэффициентов корреляции между не вязкой и отдельными элементами баланса практически никак не влияло на значения полученных для них поправок.

В целях устранения указанных недостатков внесены уточнения в представленную схему увязки баланса. При этом принято во внимание, что увязку баланса производят только в том случае, если обеспечена надежность расчета баланса с соблюдением усло вия (5.3). Это значит, что погрешности определения отдельных 114»

элементов лежат в допустимых пределах и не превышают средних значений случайных погрешностей для них. Предложенные уточ нения заключаются в следующем.

1. Когда коэффициенты поправок к значениям притока и от тока имеют одинаковые знаки, определяют разницу между ними.

Значение этой разницы принимают в качестве нового поправоч ного коэффициента, используемого при определении поправки для того элемента баланса, у которого первоначально определенный коэффициент был больше по абсолютному значению.

2. Поправки к элементу, характеризующему изменение запаса воды в водохранилище, вводить не рекомендовано. Коэффициент поправки, полученный для этого элемента или взаимно компенси руют соответствующие коэффициенты, определенные для элемен тов расходной части баланса, или его прибавляют к тому коэф фициенту, который имеет наибольшее абсолютное значение. Вво дить поправки в рассматриваемый элемент баланса можно лишь тогда, когда по своему абсолютному значению они находятся в пределах точности определения изменения объема воды в водо хранилище.

3. Когда либо приток, либо отток имеет значимую корреляци онную связь с невязкой, в него вводят полную поправку, равную значению невязки с противоположным знаком.

Изложенные принципы положены в основу увязки водных ба лансов по всем упомянутым 22 водохранилищам. Увязанные ба лансы приведены в п. 5.3. Далее дан пример определения по правочных коэффициентов для Кременчугского водохранилища.

В табл. 5.3 приведены основные компоненты годовых водных ба лансов этого водохранилища, включая невязку за период 1961— 1980 гг., а также данные об их среднеквадратических отклонениях и матрица коэффициентов корреляции. На основании этих данных составлена табл. 5.4, в которой приведены значения поправочных коэффициентов bi, определенные по методике Андреянова—Баб кина. Дальнейшая увязка осуществлена следующим образом.

Поскольку значения коэффициентов bit полученных для притока и оттока, оказались с одним знаком, по их разности установлено новое значение коэффициента bi= 1, по которому определены по правки к значениям притока. Что касается коэффициентов попра вок к осадкам и элементу, характеризующему изменение объема воды в водохранилище, они оказались одинаковыми как по значе нию, так и по знаку. В связи с тем, что указанные элементы при определении невязки баланса входят в уравнение с противополож ными знаками, полученные коэффициенты взаимно компенсируют друг друга, вследствие чего не надо вводить в указанные эле менты поправки. Таким образом, при увязке водного баланса вве дены поправки только в значения притока. Окончательные ре зультаты увязки годовых водных балансов Кременчугского водо хранилища приведены в табл. 5.5.

Сравнение матрицы коэффициентов парной корреляции, полу ченной после введения поправок, с исходной матрицей (см.

8* Таблица 3. Годовой водный баланс Кременчугского водохранилища за 1961—1980 гг.

и матрица коэффициентов корреляции его компонентов Компонент водного баланса, км Год Е Ш s Р 'п 0,64 34, 37, 1961 1,51 0,15 1, 48, 55,36 1, 0,85 3,57 2, 40,88 0,74 43,83 1,54 —6,28 2, 32,47 0,74 27,11 1, 1964 1,51 2, 36,41 31,40 2, 1,13 1,75 1, 51,78 1, 52,77 1,49 — 1, 1966 1, 47,17 45, 0,78 1,70 -1, 1967 1, 40,92 0,94 1,45 —0, 1968 40,30 0, 44, 1969 45,39 0,93 1,44 0,81 —0, 75, 82,88 5, 1,25 1,70 1, 61,34 57,84 —0, 1,29 1,52 3, 32,71 1,59 -0, 1972. 34,48 0,74 1, 35,12 1,66 —0, 1973 34,11 1,02 -0, 43,48 40,48 1,49 2,08 0, 1974 1, 43,86 0,59 44,89 1,84 — 1,94 -0, 32, 1976 34,25 1,09 1,27 0,01 1, 46,28 1,37 45,60 —0,94 1, 1977 1, 47, 1978 1,54 1, 1,14 1, 50, 52,31 1, 1979 54,94 —0,50 2, 1, 57, 60,09 1,39 1,07 0,67 2, Среднее 0, 46,72 44,51 1, 1,01 1, значение 1, 0,26 11, 12,23 0,20 2, Oi Матрица коэффициентов парной корреляции 2 3 № (Р) Со) (Д-W) компонента () (S) («п) 0, 0, 0,692 0,340 —0, 1 1, 0, 0,512 —0, 2 1,000 0, 0, -0, 1, 3 0, -0, —0, 4 1, -0, 5 1, 6 1, Таблица 5. Поправочные коэффициенты b t к компонентам водного баланса Кременчугского водохранилища a Компонент Г i h ст Приток 12,23 1,49 0,69 5, Осадки 0,26 1,49 0, 0, Сток 11,33 1,49 4, 0, Испарение 0,20 1,49 -0,03 0, Изменение запаса воды в водохрани- 1,49 0,06.

0,. 2, лище Таблица 3. Увязанный годовой водный баланс Кременчугского водохранилища за 1961—1980 гг.

Компонент водного баланса, км Год Е р Ш Qn 'п 0,64 34,38 1, 1961 35,40 0, 48,82 1, 53,02 0,85 3, 1, 43, 0,74 —6, 38, 27,11 1, 0,74 2,65 30, 1,75 2, 1,13 31, 34, 1, 1,49 51,78 — 1, 50, 45, 0,78 1,70 -1, 45, 1, 0,94 40,30 -0, 40, 1, 0,93 44,73 0, 46, 75, 77,59 1,25 1,70 1, 57,84 1, 1,29 —0, 57, 0,74 1, 32,71 —0, 1972 33, 1,02 1, 35, 1973 -0,66 35, 1, 40,48 2, 1, 1974 43, 44,89 1,84 -1, 0, 44,20 1,09 32,74 1, 1976 32,93 0, 1,37 -0, 44,54 45,60 1, 1, 48,74 47,09 1,25 1, 52,31 1, 52,21 1, 1979 -0, 1,39 57,62 1, 1980 57,97 0, Среднее 45,12 1,01 44,51 1,51 0, значение 0,26 11,33 0, 11,25 2, Ог Матрица коэффициентов парной корреляции № 1 2 3 компонента (Д W) (Р) («п) 'п) 1 1,000 0,121 0,139 —0,059 —0, 2 1,000 0,512 0,983 —0, 3 1,000 0,511 -0, 4 1,000 —0, 5 1, табл. 5.4) показало, что после увязки баланса теснота корреля ционных связей ряда притока с рядами других компонентов б а ланса изменилась очень незначительно (коэффициенты корреля ции различаются не более чем на 0,004).

5.3. Водный баланс крупных водохранилищ СССР.

Анализ погрешностей определения основных элементов баланса К настоящему времени накоплена значительная информация.;

о водных балансах многих водохранилищ СССР. Этому вопросу посвящено достаточно много работ [41, 50, 51, 66 и др.]. Помимо глубоких научных проработок, посвященных отдельным водохра нилищам, у ж е на протяжении более 30 лет органы Госкомгидро мета С С С Р составляют водные балансы крупных озер и водохра нилищ С С С Р за месяц и год.

Так к а к водохранилища вступали в строй неодновременно, то я накопленные к настоящему времени воднобалансовые данные имеют различную продолжительность. Последняя наиболее полная •сводка о среднем многолетнем водном балансе водохранилищ д а н а в работе [52], в которой на основании обобщения большого ч и с л а литературных источников приведены на уровень 1975 г. све дения о водном балансе 29 крупных водохранилищ С С С Р. К на •стоящему времени объем информации о водном балансе водохра нилищ значительно возрос. На основании научного анализа и об общения всех накопленных к настоящему времени материалов о водном балансе крупных водохранилищ С С С Р получены новые уточненные данные о средних многолетних годовых значениях их •основных компонентов, которые приведены в табл. 5.6. Там ж е приведены значения показателя внешнего водообмена.

Д л я 30 водохранилищ воднобалансовые соотношения устано влены на основании обобщения данных о годовом водном балансе крупных водохранилищ СССР, полученных на озерной сети Гос комгидромета С С С Р за длительный период наблюдений по 1980 г.

включительно. Годовые слои осадков и испарения получены путем -суммирования их месячных значений: Предварительно выполнен анализ невязок водных балансов исходя из соотношения (5.3).

Установлено, что погрешности расчета годовых водных балансов л е ж а т в допустимых пределах. Произведена увязка годовых ба лансов по методике, изложенной в предыдущем пункте. Оценены т а к ж е возможные изменения значений компонентов баланса, по мещенных в табл. 5.6, за счет удлинения рядов наблюдений по 1985—1986 гг. включительно. Оказалось, что эти изменения нахо д я т с я в пределах ± 2 % значения компонента баланса, что свиде тельствует о достаточной надежности сведений, помещенных в т а б л. 5.6 по 30 водохранилищам с длительными рядами на блюдений.

Д л я девяти водохранилищ компоненты баланса определены :по рядам наблюдений продолжительностью 10 лет и менее. В этом с л у ч а е для анализа привлечены дополнительные материалы науч ных исследований, а т а к ж е использованы косвенные приемы про в е р к и полученных данных (карты, гидрометрические материалы и др.). Д л я остальных 18 водохранилищ, включенных в табл. 5.6,.значения компонентов баланса определены косвенными приемами.

В большинстве случаев определены сток, осадки и испарение, а приток рассчитан к а к остаточный член уравнения водного ба л а н с а. К а к правило, сток определен по данным об измеренных расходах воды в створе подпорного сооружения;

осадки — по карте, составленной в Г Г И и опубликованной в работе [27] с уче т о м результатов исследований Ц. А. Швер [155];

испарение с вод ной поверхности — по карте (см. п. 3.4.2) с учетом проработок Я других авторов [53, 71, 108]. Д л я Каневского водохранилища bi качестве притока принято значение стока из Киевского водохрани лища, а для Чебоксарского — норма притока по данным справоч ника [113], осадки и испарение определены по картам, а сток:

оценен как остаточный член уравнения водного баланса.

Таблица 5.6 представляет собой наиболе полную сводку дан ных о водном балансе всех эксплуатируемых в настоящее время водохранилищ СССР объемом более 1 млрд м3. При подготовке таблицы для большинства водохранилищ оценены погрешности, расчета водного баланса и произведена увязка компонентов балан са по предложенной методике. В отличие от сведений, помещен ных в работе [52], компоненты баланса, приведенные в этой таб лице, рассчитаны по более длительным рядам наблюдений, а для 28 водохранилищ оценены впервые.

При увязке годовых водных балансов, составленных подразде лениями Госкомгидромета СССР, и расчете средних многолетних значений основных компонентов баланса определены их среднеква дратические отклонения по формуле (5.1). Последние приведены в.

табл. 5.7 для 19 крупных водохранилищ СССР с продолжитель ностью наблюдений от 16 до 33 лет.

Анализ данных о водном балансе за многолетний период пока зал, что невязки годового водного баланса водохранилищ в пер вую очередь связаны с погрешностями определения двух основных его компонентов—поверхностного притока и стока. По абсолют ному значению среднеквадрэтические отклонения определения сред них многолетних значений обоих компонентов в большинстве слу чаев больше значений невязок годового баланса. Погрешности оценки средних многолетних значений осадков и испарения суще ственно меньше и не превышают 10 % значений погрешностей определения притока и стока даже в водохранилищах с минималь ным удельным водосбором, в водном балансе которых доля осад ков и испарения наибольшая. Из-за малой доли осадков и испаре ния в водном балансе крупных водохранилищ погрешности их оп ределения практически не оказывают влияния на значение невязки баланса.

Погрешности определения указанных компонентов баланса по отношению к их абсолютным значениям составляют в подавляю щем большинстве случаев 2 — 8 %. Д л я отдельных водохранилищ, они могут превышать указанный предел. Так, относительные по грешности определения притока, осадков и стока для Ириклинского водохранилища составили соответственно 15, 14,3 и 16,2 % при аб солютных значениях этих компонентов 1,48, 0,007 и 1,17 км 3. Отно сительная погрешность определения осадков для Кайраккумского водохранилища составила 16,7 °/о при абсолютном значении этого компонента 0,06 км 3.

Среднеквадратическое отклонение определения среднего много летнего годового изменения запаса воды в водохранилищах суще ственно различно. Наибольшие погрешности определения сред него многолетнего значения этого компонента, сопоставимые 119»

Oo o OCOOOOO oO O O O O O O O O O OOo o o o o o o О ооо о о о. 00 00 00 00 00 00 00 I I I I I I I I II I I C^CvJlOTfOiCDOt-'.f-.lO I I I I O N tI OI I O C I C I — C Ю I C C О) СТзЮ C N N Ю CT Ю Oi OO (ОМСМОЮЮЮЮЙ ОJ CT: Ol 05005 05 0)00505050) ю on m т ^ю^ rт мNri- i—iIfгnJt nI'м а,—i ^aiaooiwoo-'oo I' J ю э -i '.'J U^ J м. о. J. Ю tij '.( — ' 0 M IC 1—с"осN"Cs C f-o nn,—. --. t— 0 1OonO о оо"о^1 ГO O C С m C о T tCafod^"af Ю - oo C ЛN C Ю O 0CN O " o" o s-ion 5 CN O Oi I o c o ^f iOoO rOi o c o tC o -Oo tOoOO ' O iCo o O fOO N fO iCN aC O o O' -C oOcC - a oT of o C T O OOO N OO ) oomooiNmN'tmioNNN'^amnoo-tiMmco-'OO lOntlOMJONN^NaiOObcDhOlOOCOtDCOOM ( C I N м о ст-^ooo- ONIN^NCO-S " о N о о" — со" о" о с " о" о" о" о о" о" о" о о" о" о" со" о о" о" — " 0_ го - -ГООNNCDCDCOOSCO-'OlOOCDIOWOCO~ О С ONCOCDKiniO Ю t. C_ I - C ( Ш - C С 0 O ON N О » NЮ co"iootCco"^cD~co"co"cD~^ododcocfiot^-~^iocN О -н ^СОЮ } СЧ со^юсо—^ CN ЮЮСМСОСООООМО^ЮСОСООЮ^Ю о О я о coioco-=fС о о ю ш о м ^ о с о о о и ю о о п о — ь Nо о о О м Nь cDincocNincocoioioco-^^Pt^iococDcococo — - C С О mninonocdooio-'t^-coaoar^-oor-ocococrcoin О.о" — —" о" to.-.юо" о" — о"N О — о" о"Юо" сГ о" о" о"» С ОТС О С — о" — 0„0 — C о" C" — о" — О N О Со" * П О N о" " Г Г о" о" (N000—'OOCOCOCOCOCNOOt^O-^O—'ОООСОООООО со" юCjj аГГ-.СОЮ~-" со" со" со" tC о " о " со" аО ю"'t" С ю" in" ю" t-~" — ю" o " t " o С о о С" — Ю cn" — М О' C N О о =( я.

я я 9 «а Щ » * s sgi as § | §*ш 1 § a g s-s § яо-о-сиаооЭоЯЯЯ2;

тйоо,сьясс1рзяссз «j с щ из cq m щгаcq и 4c(t(oo К К К S К шыыиа*:

ь§ о о о00 00 00 о 00 00 о 00 00 о о г- о 00 00 о о 00 00 о оо 00 00 00 о о о oо о 00 00 со о О о-» °Е 00 00 1 1 1 1 I —1 1 о 1 1 о 1 со [ 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1о100 1 1 100 1 1 1 1 1 1 1м 1 moiN 1 1 f 11 11 ti 1 1 1 C 1ю 1 1 tl 1Ю 00 С С C 1•P C ю с^ 0OION 1 Ю C со ю с м м:

00 О О ^ D s D 00 Dо^а co оэ сп 1 § о CD оO OiOJC) С О о Оз О) О) О) ОЗ J о C CTJ J 5Э О IЯw га к ж I вг g°s S га О а) ** с;

" и S* MOOO^00 t-- О — Г^ С С С — S ) S - 1 С оо — аз со 00 O о аэ со со Oi 00CD—союосмюг-смс^-ососмсоооосмсмоосп —оо ^f со о I со ^Н О О О ОO О * 00 00 ^ О со — оо - ст — — оою — — со со Фс о — со — о — — — ' н S®.гай® — м — gS О в До 2к СОООООСООООООО^РСОЮС--ОО^.ООООООСОаэОЮОСОООЬ- Ю C, C O О C C t^. О О Ю C C О C О — О О Ю О t C — юсосмоооспсо-фсо M O о M O DM O О 00 — Ю О t C M J OM |в* сосооооосог-.-Фсососооюсо1юсоооюсоюсос1см 1 | — в к а йн,—| — я — яJ 2 ь о. С о 0о •та и СS Уoсим S w я и:

о о о о — — OCOOOOOOOOOOCN — о о о о о о о о с м о о — o o „ ef CК O ' N О C 0 Щ О C О О — C О О С O O СO } S& о Tt'OOlMCOtD'^'^f^'M'O) — b-^foOO — О О О COC С —C — о — — —о — 00 C O — — 00 Ю — — C C O M О —(NOONMOMOl^M CO C MO C ^ —O — ' M X^ Я &е сй а et О Sя COOOOlOOOt— O O ^ C O O l W O O O t O O O O O O O N N O ^ O O O O " ^ Л t o o o o i ' C D i f l o w o K i i m n c o ^ m o M N O N i f l u i o ^ — OOOOOJONIO я ^к юсосос~.со^Р[^юсососо^сососоюсою^юююсо- с о ^ о ^ с о с м с о ю ^ я — ШCK 1t J Си К К а) я Я к:

Of-'*®® — О С О Ю О М С1~ М О О — Ю О ^ - С С О С О О С — Э М О О С Ю 0- С С С а С ОЮФ О М Э М О О О 2 й о5 s ю_со_о _ с_ о. tf — - — со_со_о О — " — мо Ф Ф ^о„о — — О О — —СТС М св о о о о о — о — OOOOOOOOCSOOOO'OOO'OCS — 0 0 — о"о м~ ~ М о га a 1 в я:

e ;

j т в.

о * ОвЕ 2 *_Й нГ 2 м я:

В - cdCJ Ь-ОО^СОСМСМОСМСОСМСО^ — I^M'C^'rfN.OOOOO — О С Ю О —О C ОС С N ОМ В ео^г^ю о — -ф^осм о t^N а — -Фото.ся^ — — ю | _ ст и ю— з.-о и ^Фаосмсо ^ ю ^ ю с о о Г — 00 О — О О o t o CNCO — И О О С 00 ю со о О СО т ° — со — о — — —о «ш СО — ООП' С О — — 00 Ю — — со со — - Зя я и М о. ч s Й ° ю о с?

I Й* г В В:

*: ш В «и oi Й Вяч 5.

* * мS Я О ям с я * * а* * „, О щ C.U О U овЩ ООО * Ои „. шВ о( К * * а U„. и и « п ® И в-ш л- 5"-о *,, оS О * Йл Ч^ мо ё «§S 3о Й о п Sо gU3gg*g *3gS « ш § o3«§S§ sRjg.

Scu^cuSSgS щ® 3 a й ^ о «*, о -s s о s S ttO S Й s X S S g § ® o.a а в® И SиS О в и « О « Ч Ш Ч s S s g « о S » ^ ? Чп ч » О к О к огагас ю «3 2 а 5 Я » й п а о о а к ^ й 5 « ! е Й ® 2 й euvo Й Э ) и S яI в Я о а. еи си. :. в я о гаs а д ffl я S в о 2 и о « S « « « м п о* 121»

Таблица 3. •Среднеквадратические погрешности определения средних многолетних значений компонентов годового водного баланса о г и их процентные соотношения Удель аЛу а Ё "'и ный Водохранилище водо сбор км3 км3 км3 км к® м % % % % 2,34 2,6 0,09 5,6 0,13 3,21 Братское 2,92 3,4 6, 5,9 0,.Верхнетуломское 0,28 4,6 0,02 4,8 0,22 3,6 0, 2,89 5,2 0,03 0,02 4,3 0, Боткинское 52 2,97 5, 0, 5,8 5,3 2,74 3,3..Днепровское 2,85 0,01 5,8 0, 6,4 0,02 0,02 5,4 0, Днепродзержинское 3,'5 3,22 6, 7, 5,3 4,9 5,9 0, -Иваньковское 0,47 5,0 0, 0,01 0, 0,21 4,8 0, 15 14,3 0,19 16,.Ириклинское 0,01 0, 0,18 1,16 6,9 16,7 1,06 0,03 6, -Кайрчккумское 0,01 7, 2,6 0, 1,77 3,2 0,03 3,2 0, Камское 1,77 3, 2, 3,2 0,04 6,2 5, '.Красноярское 2,79 2,72 3,4 0, 2,6 0, 5,8 0,06 5,9 0, 2,73 2,.Кременчугское 5, 1,87 3,7 0,08 2, 8,28 3,4 7,94 3, Куйбышевское 0, 5,4 0, 4,4 0, 0,53 5,3 0,48 4, Мингечаурское 0, 0, 4,3 3, 2,7 2,42 0, Новосибирское 2,37 0,01 4, 0, 14,3 16,7 0,49 4,7 0,48 4, Павловское 0,01 0, 3,3 0, 1,52 4,9 0,07 3,3 0, Рыбинское 1,51 5, 0,03 5,6 0,62 5, Угличское 0,6 0, 0,01 7, 7, 0, 1,23 6,6 0,06 0,94 3, Цимлянское 5,6 5,5 0, 0,14 0,03 4, 7,2 0,03 0,36 7, Шекснинское 0,35 3, П р и м е ч а н и е. Относительные значения погрешностей определения изме нений запаса воды в водохранилище не рассчитаны, так как ряды этого компо я е н т а баланса содержат как положительные, так и отрицательные члены.и с возрастанием длины ряда данный компонент стремится к нулю.

•с погрешностью оценки среднего многолетнего притока и стока ха рактерны для крупнейших равнинных водохранилищ озерного типа речных водохранилищ сложной конфигурации и крупных предгор ных водохранилищ, которые имеют обширные площади водной поверхности, большую протяженность и значительный рассредото ченный приток. К таким водохранилищам относятся Братское, Верх летуломское, Красноярское, Мингечаурское, Рыбинское, Цимлян ское. В силу указанных особенностей для этих водохранилищ менее надежно определены средние уровни и соответственно изменения за пасов воды в них. Д л я водохранилищ меньших размеров, более простой формы и с небольшой боковой приточностью погрешности ••определения рассматриваемого элемента баланса существенно меньше и не превышают 10 % погрешностей притока или стока (водохранилища Днепровское, Днепродзержинское, Павловское, ^Угличское и Боткинское). Очевидно ;

что для таких водохранилищ изменения запасов воды в их чаше оценены более надежно.

Таким образом, погрешности расчета водного баланса круп ных водохранилищ СССР в первую очередь связаны с погрешно стями оценки поверхностного притока и стока, а для некоторых во дохранилищ — и с погрешностями определения изменений запасов воды в них. Поэтому для повышения надежности расчетов водного баланса крупных водохранилищ в первую очередь необходимо да лее совершенствовать методики расчета боковой приточности, ме тоды учета стока на ГЭС и других гидротехнических сооружениях, (шлюзы, водосбросы и т. д.) и приемы определения запаса воды в водохранилище. Коренное решение этого вопроса возможно лишь путем существенного повышения плотности гидрологической сети на крупных водохранилищах при условии регулярного определения, их изменяющихся морфометрических характеристик.

5.4. Взаимосвязь элементов водного баланса водохранилищ Главную роль в водном балансе водохранилищ играют поверх ностный приток и сток через подпорное сооружение. Два других элемента уравненного баланса — осадки и испарение, имеют под чиненное значение. При этом для речных водохранилищ их доля:

по отношению к уравненному водному балансу составляет 2—3 %,.

не более. Доля этих элементов в приходной (расходной) частях водного баланса озерных водохранилищ значительно большая и достигает 15—20 %, а в некоторых случаях и выше (для Кумского водохранилища, например, осадки по отношению к притоку состав ляют 32 %)• От климатической зоны, в которой расположено во дохранилище, зависит соотношение между притоком и стоком..

В зоне избыточного увлажнения, где осадки превышают испаре ние, сток больше притока, а в зоне недостаточного увлажнения:

имеет место обратная картина.

При расчетах водных балансов за год и месяц помимо четы рех указанных компонентов определяют также изменения запасов воды в чаше водохранилища. Для крупных водохранилищ значе ния этого компонента могут быть весьма существенными:

(табл. 5.8). Характер изменений данного элемента зависит от ре жима регулирования стока подпорным сооружением и гидрометео рологических условий в районе водохранилища. Изменения запаса воды в водохранилищах вызывают изменения их располагаемых водных ресурсов, т. е. того количества воды, которое может быть, использовано для народнохозяйственных нужд.

Что касается подземного водообмена, то по имеющимся срав нительно немногочисленным данным, доля этой составляющей в.

водном балансе колеблется в различные фазы режима подземных, вод от 1 до 5 %. Об этом свидетельствуют данные табл. 5.9, состав ленной по литературным источникам. Полученные на основании разработанной методики данные о затратах воды на насыщение берегов и ложа 21 крупного водохранилища (см. п. 9.1) подтвер ждают приведенную оценку.

Соотношения основных составляющих водного баланса водо хранилищ характеризуют его структуру. Выраженные в аналити ческой форме, эти соотношения представляют собой уравнения взаимосвязи элементов баланса. Структура водного баланса водохранилищ прежде всего отражает особенности водообмена 12»

где Кп — в процентах, Р — осадки, I — суммарный приток к во доему.

После ряда преобразований он получил следующую формулу для оценки коэффициента Кп *п = [1/(ЛФ+1)]Ю0, (5. где 11 — коэффициент стока с водосбора;

ф — показатель удель ного водосбора, К п — в процентах.

Показатель структуры расходной части водного баланса зо нального водоема (/СР) Эделыптейн предложил определять по за висимости /Cp = [ / ( Q + )]'! 00, (5.10) где Кр — в процентах, Е — испарение, Q — сток из водоема.

Данная формула приведена к виду /Ср=[е/(ЛФ+1)]Ю0, (5.11) где 8 = Е/Р — показатель испарения.

Используя зависимости (5.9) и (5.11), а также средние зональ ные значения г) и е, Эделыптейн в обобщенном виде представил номограмму структуры водного баланса зональных водоемов суши,, включая водохранилища. Располагая данными о показателе удель ного водосбора ф и типе ландшафта, окружающего водохрани лище, по номограмме можно определить структурные показатели:

водного баланса.

В работе Т. П. Тройской, В. А. Знаменского и Н. Н. Москвиной [75] также рассмотрены некоторые закономерности зонального' распределения составляющих водного баланса водоемов мира. Од нако предложенные ими основные графические зависимости, ха рактеризующие взаимосвязь элементов баланса водоемов с пока зателем их удельного водосбора для водохранилищ мало прием лемы. Авторы рассматривали соотношения между Кп, средним слоем стока с водосбора и коэффициентом ф. Графики построены для значений Кп = 0, 2... 1,0, но для водохранилищ доля осадков в водном балансе в большинстве случаев не превышает 20 %, т. е.

Кп 0,2.

Рассмотрена взаимосвязь между осадками, выпадающими на поверхность водохранилища, и притоком к нему. Если выразить слой осадков на водную поверхность в виде xB — P / f, где Р — объ ем выпавших осадков;

а слой осадков на поверхность бассейна — в виде Xf, = I/{Fr\), где I — объем притока к водохранилищу, то для зональных водохранилищ, для которых соблюдается условие хв = Хб, можно записать соотношение Р//= 1/(Лф). (5.12) Таким образом, доля осадков в общем объеме поверхностного притока зависит от соотношения площадей водохранилища и его 126»

водосбора с учетом увлаж ненности бассейна, характе ризуемой коэффициентом стока.

При каскадном располо жении водохранилищ с при мерно одинаковыми площа дями водной поверхности до ля осадков в суммарном притоке к нижележащим во дохранилищам будет сни жаться вследствие увеличе ния знаменателя : в правой части соотношения (5.12).

Так, например, для Шекс нинского водохранилища (Волжско-Камский каскад) данный показатель состав ляет 0,19, а для нижерас положенного Саратовского водохранилища с примерно такой же площадью водной поверхности он равен 0, (табл. 5.10).

Выявленная закономер ность (рис. 5.1) позволяет оценивать соотношения ме жду осадками и притоком к водохранилищу на основа нии сведений о показателе удельного водосбора и коэф фициенте стока. По суще ству, данная номограмма восполняет пробел, упомя нутый при рассмотрении ра боты [75]. Она в несколько измененном виде характе ризует взаимосвязь осадков и поверхностного притока в водохранилище в наиболее характерной зоне их соотно шений 0 P / I 0,3. Легко убедиться в том, что после некоторых преобразований выражение (5.12) можно привести к виду (5.9).

К-К- Эделыитейн отдель но рассмотрел структуру приходной и расходной 127»

— ю с м I M со с м М с м СП о о_ о о о о о о о о о о о •ш о" о о"- о" о" о" о о" о" о о о о о" о о со от со то о о со оо оо о о то СО 1С СО со со со со ю со ю '—' о о" о о о" о" о о" о о" о" о" о" о" о С — со сч Cю O со C O ю" —" о — N с" м к Оо аЙ и О-ео й^ сп ю о С о 1О 00 М | С' —о о га и s о" со" с " о м о о»Й с" о о О° во.

w га, й уЕ СО со ю С О) со t М t- СМ оо _ io со со — о М _ й3Н t-.

oi. о ™ rf ю" со" о) ю" со со со" ( N ю О со о [С Cl- о со со I м Mм Sfis! М с кс с о о о о о о о о о о о о о 00 00 3 ч 00 00 00 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 со со t- ю t 00 h м ( М 1Л со ю С ю со О со со со ю ю ю со С П С П О! С си С О С ПЗП О) П СП СП ст 00.-ч о со м ю м со о о стГ t (С lo- см- см- СП СП со" со" о" о" ю pfvo 00 со co со со со -ф со со см С О Оо "о '— см со см со со. — —. Сч ло ССС О ОММ f- со ю С м С О ою о юо ю «Ос 5!

С Пм со о о с ю га х CM м Сю О со СТ) т ) ю S юС О ( М со I M — —' 5S § с Et СО М со О « «а я я я я и * S =t со •я о яяв и я я я \о J Я я Н я *о ччя Е я оо А О Л СО о СО М со З C, (_ С m PQ L m. a° —ч T со oo f С 00 о С — М NМ NN C N — с— — ю аз со м Оо о о о. о. C о о о о о о о. о _ оо —.

ООО ЯC Ч D о о о" о" о о о" о" о" о о" о о" о о ' о" о ЛCD м Чю СО с и® T о 00 С с с Ооо 00 00 00 ( N о 00 с о ® й.

f о ос о 00. юС О с T" С. с. ю ю с. ю о J Оо о ис •—• о о" о о о о о" о".. о" о о о" о" о о о о КS :

gg я ч я§ N я о |от Tf о с 00 00 ю с 00. ю С. С -ф" О О( М н с. о ^ о о о о О ( N CD о". — о о Г с " о — о" ю с " с " ю о" ом " о о см 2 S -I — о га _ go СУ,0 X га vb я И °осс « Ягага Я ю ю о с С о о о ю | N о О ю ^ М С N.. о С О а о ю ю со аз — зо м о в- у о О с. — с ч. — О C ' N о — C с_ о о о ш 3ч °я ° —о о о о г о с " ся" —' о о о" о о о — о га я о о о сU C яя о м га a ^ о. s-о Sх яо С (О оС оО 00 о я ^ 3 о е ос оо ооооо сс мо о Th TОа с с Ззоо 00 М о а. CзN f с. ю о ^ аз" жШ tT N N ci С О) с5 00 N." —. ю с " о ю ю" ~м - с" о 1 —,1 —.1 ию •ф О га о о оо ^ & g -о га я. [_ ( г 1 C) н L СО К г;

К:

о о 00 о о о о 00 о 00 о о 00 о 00 00 оооо 1 оо 00 00 00 00 00 00 00 00 Я U е( 11111 11II 1 1 1 1 1 1 1 с1 1 ЯО 1 со 1 1 1 1 1 N CC UU ь- ю со N. CN N оN N ю со ю о 00 о 00 f с м ю юС СО СО N CОюОю D О Зо С О Оз ю со a аз ОЗ Оз ОЗ З о З О О О О оз ЗЗЗЗ о аяа 4 ®5s яЯ® д аз С.

О C 00 о о со С N М о. С. О N ОЗ оз. сз Си ^ оо ^ С О о с С 00 с " с " оО TT NNос М аз" о с" с" мм P оЗ О" з со с оо х 00 ' ю со о T со ь- оо 00 С со со сс оо •" ю Ч о СМ С М CN см §га о t=S сч.

| га о, Й ci a ^ tn о С f- С С О о о М Оо ооСоОо о со C ю N ос с о ю со ю ю ю 00 О О со TЗ мС ЗОf N 00 со О CD о т" с юсо о 00 аз с Сюо мМ Cо D C n TP N — о Й иI.

си I с со С ю — о ю. М С М C M м с м со ИО.

с 4 га с S& 1 ! 5с о —?

ч га •• а. о.

^ га к « *нg S га ^ о ю га ® т g а) ш га « т я о о о Ио.

и О =я 0) о О S я а) о 1s W »я к о а а) ч « О.

о Яяя Я ч a3т о о « (0 CQ о га м ь ч « S о о а. Я tr о о а) ч CD а. К га СО ко m Я ™s и н о еL о. 4« X Е я я С CJ X =я я х gra « яо га я я а. в са С( сЩ щ шК XX Xи S ия2 с« и Я° 9 В. С. Вуглинский 129»

частей водного баланса водоема и ввел показатели Кп и К р. Не смотря на определенные преимущества, такой подход не лишен недостатков. Прежде всего, отдельное рассмотрение структуры приходной и расходной частей водного баланса не позволяет однозначно охарактеризовать соотношение между всеми основ ными элементами баланса водоема. Два водоема, имеющие одина ковые показатели структуры приходной части баланса, могут раз личаться по показателям расходной части и наоборот. Основной причиной такого положения является то, что зональные изменения Лб % осадков связаны в основном с увлажненностью территории (кото рую правомерно характеризует коэффициент стока). В то ж е вре мя изменения испарения с водной поверхности обусловлены, в пер вую очередь, тепловыми ресурсами. А они в приведенных струк турных схемах не учтены. Предпринята попытка вывести общее выражение, характеризующее взаимосвязь всех основных элемен тов водного баланса водоема:

Кб = (Е-Р)/(1 + Р). (5.13) Значения коэффициента Кб будут, с одной стороны, указывать на характер соотношения между осадками и испарением (знак плюс будет свидетельствовать о превышении осадков над испаре нием и наоборот), а с другой — характеризовать долю «видимого»

испарения в водном балансе. Выражение (5.13) можно преобразо вать к виду Кб = (Е/Р-Щщ+1). (5.14) 130»

Приравняв испарение с водной поверхности к испаряемости, можно представить этот элемент баланса, согласно М. И. Будыко [39], как E = R/L*, где R— радиационный баланс увлажненной поверхности, L* = 2,50 к Д ж / г — удельная теплота испарения.

С учетом зависимости (5.12) выражение (5.14) примет вид Кв = Ш1ГР) - Щ1/Р + 1). (5.15) Соотношение R/(L*P) называют радиационным индексом сухо сти, характеризующим увлажненность территории. Исходя из фор мулы (5.15) построена номограмма (рис. 5.2),.позволяющая опре делять коэффициент Кб в зависимости от соотношения поверхност ного притока и осадков и от увлажненности территории (при R/{L*P) 0,45 — избыточно влажная, 0,45 R/(L*P) 1,0 — влажная, 1 R/(L*P) С 3 — недостаточно влажная, RJ{L*P) 3 — сухая). Для пользования номограммой необходимо опреде лить зону, к которой относится водоем, и средние многолетние объемы осадков на поверхность водохранилища и притока к нему.

Получить такие данные на стадии проектирования водохранилищ нетрудно (для более надежных расчетов следует определять соот ношение R/(L*P), используя карту из работы [125]).

Коэффициент Кб, определенный по номограмме, позволяет уста новить знак разности Р — Е и долю «видимого» испарения в вод ном балансе. Положительные результаты, полученные при про верке номограммы на независимом материале (на примере крупных водохранилищ СССР) позволяют рекомендовать ее для оценки структуры водного баланса водохранилищ СССР.

9* ЧАСТЬ I'll. В О Д Н Ы Е РЕСУРСЫ В О Д О Х Р А Н И Л И Щ СССР ГЛАВА 6. ПОНЯТИЕ О ВОДНЫХ РЕСУРСАХ ВОДОХРАНИЛИЩ. РОЛЬ ПОВЕРХНОСТНОГО ПРИТОКА В ИХ ФОРМИРОВАНИИ 6.1. Общая трактовка понятия «водные ресурсы»

Объем воды, содержащейся в любом водном объекте или в пре делах любой территории, можно рассматривать двояко: как опре деленный ресурс влаги, с точки зрения возможности его использо вания в народнохозяйственных целях, или как определенный водный запас (при оценке доли участия данного вида природной субстанции в общем круговороте воды на Земле). Большая Совет ская Энциклопедия трактует водные ресурсы как «пригодные для использования воды». В этом смысле практически все воды гидро сферы— воды рек, озер, каналов, водохранилищ, морей и океанов, подземные воды, воды ледников и т. д. являются водными ресур сами в широкой трактовке этого понятия.

Именно так понятие «водные ресурсы» трактует М. Ф. Сриб ный. Под водными ресурсами он понимает не только воду как ве щество, но и водные объекты — реки, подземные воды, ледники, озера, моря, океаны, а также искусственные водоемы и каналы :

[139]. Водные ресурсы — один из видов природных, или естествен ных, ресурсов. Понятие «естественные (природные) ресурсы» ши роко используют как в общей, так и специальной, в том числе гео графической, литературе. По мнению многих советских географов, термин «природные ресурсы» выражает непосредственную связь природы с хозяйственной деятельностью человека. В географиче ской литературе содержание этого понятия дано наиболее опреде ленно. Так, Д. JT. Арманд в Краткой географической энциклопедии под природными ресурсами понимает «элементы природы, исполь зуемые в хозяйстве, являющиеся средствами существования чело веческого общества: почвенный покров, полезные дикие растения, животные, полезные ископаемые, вода (для водоснабжения, оро-.

шения, промышленности, энергетики, транспорта), благоприятные климатические условия (главным образом тепло и влага осадков), энергия ветра». Близкое к этому, но более лаконичное определение дано в работе [9]. Ее авторы считают, что «природные тела и виды энергии, используемые человеком, называются ресурсами». Подоб ные же трактовки данного понятия можно найти в работах Б. Г. Саушкина [135], А. М. Колотиевского [95], Ю. К. Ефремова в Экономической энциклопедии, в работах И. В. Комара [96], а также зарубежных ученых Е. A. Ackerman [168], A. Spoehr [188].

С точки зрения автора, наиболее удачное определение естест венных ресурсов дал А. А. Минц. Он определил их как «тела или' силы природы, которые на данном уровне развития производитель 132»

ных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворе ния потребностей человеческого общества в форме непосредствен ного участия в материальной деятельности» [112]. Это так назы ваемые реальные ресурсы. Кроме них выделена также категория потенциальных естественных ресурсов, которые нужны для произ водства, но по каким-либо причинам (например, вследствие недо статочной технической оснащенности) не могут быть вовлечены в него [20]. К потенциальным относятся также еще не выявленные (это прежде всего относится к полезным ископаемым) естествен ные ресурсы.

По мере развития общества возрастает объем потребления есте ственных ресурсов и степень их общественной значимости. Боль шое значение при этом имеет уровень технологических возможно стей их использования. Потенциальные ресурсы при этом посте пенно переходят в категорию реальных.

Надо обратить внимание на понятие «водные ресурсы». Если исходить из общей трактовки этого понятия, то водные запасы только в том случае становятся ресурсами, если при данном уро вне развития производительных сил их м о ж н о использовать в интересах народного хозяйства. В противном случае эти запасы будут представлять собой потенциальные водные ресурсы. Реаль ные и потенциальные водные ресурсы в сумме составляют общие водные ресурсы. В международном словаре под водными ресур сами понимают «запасы воды на площади или в данном объеме, выраженные в виде количества доступных для использования по верхностных и подземных вод» [172]. Данное определение, как можно легко убедиться, вытекает из понятия «естественные ресур сы». Таким образом, для того чтобы определить реальные водные ресурсы, необходимо выявить те запасы воды, которые на' данной стадии развития производительных сил могут быть использованы обществом. Следовательно, необходимо прежде всего определить, что понимают под «использованием» водных ресурсов. В отличие от других природных ресурсов, воду, за редкими исключениями, не используют непосредственно для создания продукции с преоб разованием в другое вещество и безвозвратным изъятием из при родного круговорота [112]. При использовании водные ресурсы либо вообще количественно не меняются (например, при их ис пользовании в гидроэнергетике, водном транспорте, рыбном хозяй стве, в рекреационных целях и др.), либо часть их изымают из во доисточника (для орошения, промышленного и коммунального во допотребления, наполнения наливных водохранилищ и др.). Эта часть составляет безвозвратные потери для данного водоисточ ника. Но при этом общие запасы воды на Земле не изменяются.

Если исходить из такой трактовки понятия «использование» источ ников воды, то к категории водных ресурсов следует отнести, в первую очередь, запасы воды в реках, озерах, водохранилищах и морях, которые могут быть использованы уже при современном уровне развития производительных сил. К реальным водным ре сурсам также необходимо отнести часть запасов-подземных вод и • запасов воды в ледниках, которую можно использовать в хозяй- I ственной деятельности. Многолетние запасы воды в ледниках, во- | ды глубоких подземных горизонтов, запасы воды в подземных I льдах, которые в настоящее время по ряду причин не могут быть вовлечены в хозяйственную деятельность, на данном этапе разви тия производительных сил относятся к потенциальным водным ре сурсам.

Надо принять во внимание, что общие запасы воды на З е м л е складываются из стационарных запасов, сосредоточенных в различ ных частях гидросферы, и из запасов, непрерывно возобновляющих ся в процессе круговорота воды. Последние относят к категории динамических запасов. Динамические запасы часто отождествляют с естественными водными ресурсами тех или иных категорий вод. В частности, под естественными ресурсами подземных вод в гидрогеологии часто понимают их динамические запасы [154].

В гидрологии динамические запасы воды в руслах рек также ото ждествляют с понятием естественных водных ресурсов, т. е. с объ емом ежегодно возобновляемого речного стока. Надо заметить, что в обоих случаях речь идет о ежегодно возобновляющихся объемах воды, которые в качестве водных ресурсов рассматривают приме- i нительно к конкретным водным объектам. | Действительно, понятие «водные ресурсы» в первую очередь надо рассматривать по отношению к водным объектам, являю щимся их источником, а уже потом можно вести речь о водных ресурсах различных территорий, государств, природных регионов и т. д. В отношении стационарных запасов воды имеет место имен но такой подход. Медленно возобновляемые водные ресурсы рас сматривают применительно к ледникам, подземным водам, морям, озерам и т. д. Такой же подход правомерно распространить и на динамические запасы воды, которые формируют ежегодно возоб новляемые водные ресурсы.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что термин «водные ресурсы» нередко отождествляют с динамическими запа сами воды. Такая трактовка данного термина, с точки зрения ав тора, неправомерна.

А. И. Чеботарев в Гидрологическом словаре пишет, что имея в виду относительно небольшой объем используемой подземной и заключенной в озерах воды, под водными ресурсами крупных тер риторий и государств понимают лишь годовой сток рек [154].

Но, во-первых, степень использования воды в народном хозяйстве не имеет отношения к понятию «водные ресурсы»,, и, во-вторых, при таком толковании медленно возобновляющиеся запасы воды, сосредоточенные в ледниках, глубоких подземных горизонтах и подземных льдах, объем которых в большинстве случаев намного больше объема годового речного стока с территории, нельзя рас сматривать в качестве потенциальных водных ресурсов, что логи чески трудно объяснить.

Чтобы избежать разночтений, термину «водные ресурсы» надо дать однозначное определение. Оно может быть следующим: под 134»

водными ресурсами любого водного объекта или территории пони мают средний за определенный интервал времени объем воды в водном объекте или в пределах рассматриваемой территории, ко торый можно использовать при данном уровне развития произво дительных сил. Такое определение не противоречит существу ющим толкованиям этого понятия в Большой Советской Энцикло педии и в работе [65]. В то же время оно четко устанавливает, что водные ресурсы можно рассматривать только применительно к водным объектам или территориям, но не к видам вод в зави симости от их происхождения. Неправомерно говорить о ресурсах речного стока, атмосферной и почвенной влаги и т. д., ведь при круговороте воды на Земле одни виды вод переходят в другие.


Особенно это касается динамических запасов. Так, влага, образо вавшаяся в атмосфере, выпадая в виде осадков на поверхность суши, формирует речной сток, пополняет запасы почвенной влаги и подземных вод и т. д. Поэтому можно говорить о водных ресур сах рек, ресурсах подземных вод (как водного объекта), водных ресурсах ледников и т. д.

Второй особенностью предлагаемого определения «водных ре сурсов» является его «привязка» к временному масштабу. Надо заметить, что в настоящее время термин «водные ресурсы» упо требляют применительно к средним многолетним объемам воды, будь их источником стационарные или динамические запасы или обе эти категории вместе. Такая исторически сложившаяся вре менная трактовка термина весьма обоснованна, так как позволяет получить общее представление об объемах воды, сосредоточенных в различных водных объектах на поверхности Земли и в ее толще, а также о средних запасах воды в пределах отдельных террито рий и регионов. При таком временном масштабе количественные оценки водных ресурсов выполняют для некоторых осредненных условий их формирования и за достаточно длительный промежу ток времени. Этого достигают либо путем непосредственного опре деления среднего значения годовых объемов воды за многолетний период, как это делают, например, при оценке водных ресурсов рек, либо путем использования некоторых косвенных осредненных характеристик, например, значения среднего многолетнего уровня воды при оценке водных ресурсов естественных водоемов.

Но рассматривать понятие «водные ресурсы» только примени тельно к среднему многолетнему периоду нет достаточных осно ваний. Д а и существующая практика использования этого термина трактует его значительно шире. Часто в литературе приводят дан ные о водных ресурсах рек, ресурсах подземных вод за отдельные годы и периоды. Так, в издающемся с 1982 г. ежегодном между ведомственном кадастровом издании «Ресурсы поверхностных и подземных вод, их качество и использование» приведены разно образные сведения о водных ресурсах рек и ресурсах подземных вод за конкретные годы.

Следует подчеркнуть еще одно важное обстоятельство. Гово рить об использовании водных ресурсов, ограничиваясь их 135»

рассмотрением только в среднем многолетнем разрезе, значит не обоснованно сужать это понятие. Такой подход, правда, используют при оценках снижения водных ресурсов бессточных водоемов под влиянием хозяйственной деятельности. Однако в-большинстве слу чаев о масштабах использования вод судят по отношению к объ ему водных ресурсов, определенному за конкретный интервал времени. Поэтому нет противоречия в том, что водные ресурсы можно определять как в среднем за многолетие, т а к и за конкрет ные периоды (год, сезон, месяц, декаду и т. д.). Средний много летний объем водных ресурсов водных объектов или территорий есть не что иное, как их «норма», если применить гидрологи ческую терминологию. В этом случае можно говорить о норме водных ресурсов рек, ресурсов подземных вод, водных ресурсов водоемов или о норме водных ресурсов отдельных территорий, континентов и суши в целом. Надо подчеркнуть, что при таком толковании понятия «норма водных ресурсов речного бассейна»

и «норма водных ресурсов реки» неравнозначны. Первое понятие более широкое, так как под нормой водных ресурсов речного бас сейна понимают суммарный средний многолетний объем всех ви дов вод, в том числе и речных, сосредоточенных на поверхности и в почвогрунтах бассейна и пригодных для использования.

Но суть, конечно, не в названии «норма», а в существе дела.

Во всяком случае, всегда, когда речь идет о средних многолетних водных ресурсах, этому понятию надо давать однозначное опре деление.

Вторая трактовка термина «водные ресурсы» — это средний объем воды, сосредоточенной в водном объекте или в преде лах территории в течение определенного интервала времени.

В этом случае можно говорить о располагаемых водных ресур сах. Итак, надо различать норму водных ресурсов и располагае мые водные ресурсы. Использование этих определений позволяет однозначно определять объемы воды, сосредоточенной в любых водных объектах или в пределах любых территорий как в сред нем за многолетие, так и в течение конкретного интервала времени.

Теперь надо рассмотреть эти понятия применительно к есте ственным водоемам — озерам. Норму реальных водных ресурсов озера определяют как объем воды, соответствующий среднему многолетнему положению его уровенной поверхности, и который можно использовать в народном хозяйстве. Большую часть этого объема будут составлять медленно возобновляемые стационарные запасы воды, отнесенные к наинизшему положению уровня за весь период наблюдений. Кроме того, в этот объем будет входить часть динамических запасов речных вод и часть динамических за пасов влаги в атмосфере, которая в виде осадков поступает на поверхность водоема (за вычетом испарения с него). Последний источник будет иметь место только для тех озер, для которых в многолетнем разрезе характерно превышение осадков над ис парением.

136»

Располагаемые водные ресурсы озера будут соответствовать объему воды, отнесенному к среднему положению уровенной по верхности за рассматриваемый промежуток времени. Поскольку основной характеристикой уровня водоемов является его средне суточное значение, постольку среднее положение уровенной по верхности озера при оценке располагаемых водных ресурсов целе сообразно определять по среднему значению уровня, рассчитан ному по его среднесуточным значениям за расчетный интервал времени. В формировании располагаемых водных ресурсов озера могут участвовать все три указанных источника, два или даже •один — статические запасы воды. Последний случай, в частности, может иметь место тогда, когда средний за расчетный период уровень соответствует его наинизшему среднесуточному значению.

Надо рассмотреть, как можно интерпретировать понятие «водные ресурсы» применительно к искусственным водным объектам — во дохранилищам.

6.2. Предлагаемая трактовка понятия «водные ресурсы» водохранилищ Водохранилища, в отличие от озер, являются искусственно соз данными водоемами, уровенный режим которых регулируют с уче том требований различных отраслей народного хозяйства. Особен ности природно-техногенной системы речной бассейн—водохрани лище подробно рассмотрены в гл. 2. Эти особенности необходимо учитывать при рассмотрении термина «водные ресурсы» примени тельно к водохранилищам. Понятие нормы водных ресурсов для водохранилищ не имеет практического значения. Это связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, понятие «норма» применяют при оценке среднего многолетнего объема воды природных объек тов, соответствующего средним условиям естественного водооб мена. Водохранилища являются искусственными образованиями и запасы воды в них лишь отчасти формируются за счет естествен ных факторов. Во-вторых, для водохранилищ установлены два основных характерных объема — мертвый объем, соответствующий уровню мертвого объема (УМО) и полный объем, соответству ющий нормальному подпорному уровню (НПУ). Именно эти ве личины и полезный объем являются определяющими как при про ектировании, так и при эксплуатации водохранилищ.

В то же время, для того чтобы иметь однозначные оценки воз можных суммарных запасов воды в водохранилищах, введено по нятие нормативных водных ресурсов водохранилища. Под норма тивными водными ресурсами конкретного водохранилища надо понимать объем воды, сосредоточенный в пределах его чаши и соответствующий отметке НПУ, то есть полный объем водохра нилища. Известно, что в реальных условиях до полного объема водохранилища наполняются лишь в определенные периоды и д а ж е не каждый год. Однако использовать это понятие удобно, т а к как оно позволяет получать представление о максимально 137»

возможных запасах воды в водохранилищах речного бассейна, административной территории, природного региона и страны в целом. Очевидно, что по мере ввода в эксплуатацию все новых и новых водохранилищ суммарные нормативные водные ресурсы !

водохранилищ будут возрастать. Об этом красноречиво свиде- i тельствует график, приведенный в п. 7.1. Там же дана перепек- | тивная оценка нормативных водных ресурсов водохранилищ по бассейнам крупных рек СССР на период до 2005 г.

Располагаемые водные ресурсы водохранилищ определяют | так же, как и для озер, по среднему значению ежедневных уров ней воды за рассматриваемый период времени. Они формируются за счет мертвого объема водохранилища, динамических запасов речных вод, а также динамических запасов атмосферной влаги, выпадающей на поверхность водохранилища в виде осадков (за вычетом испарения с нее). Последний источник по аналогии с озе рами будет иметь место только при условии превышения осадков над испарением. Надо обратить внимание на следующее обстоя тельство. Мертвый объем можно рассматривать в качестве ста ционарного медленно возобновляющегося запаса воды только для озерных водохранилищ. Для речных водохранилищ, обладающих повышенным водообменом (см. п. 7.3), запас воды, содержащейся в мертвом объеме, может несколько раз обновляться в течение года. У крупных водохранилищ многолетнего регулирования вода сменяется в мертвом объеме в основном за 1—2 года. У водохра нилищ годового и сезонного регулирования вода в мертвом объ еме обновляется быстрее, так как ее запас в нем в 10—20 раз меньше годового объема речного стока.

Таким образом, располагаемые водные ресурсы речных водо хранилищ формируются в основном за счет динамических запасов речных вод. Надо отметить еще одно важное обстоятельство.


Как известно, сработку водохранилища ниже уровня мертвого объема, как правило, не допускают. Следовательно, изменения располагаемых водных ресурсов водохранилища определяются из менениями его полезного объема. Именно за счет этого объема регулируют речной сток, а также удовлетворяют потребности в воде различных водопотребителей. Все береговые инженерные со оружения также рассчитывают на колебания уровня в пределах от УМО до НПУ. Другими словами, при нормальной эксплуа тации водохранилища любые народнохозяйственные нужды удовлетворяют за счет оптимального регулирования того объема располагаемых водных ресурсов, который находится выше УМО.

В формировании этого объема основная роль принадлежит по верхностному притоку. Проблема оценки многолетних колебаний притока воды к водохранилищам практически не исследована..

Она имеет большое практическое и научное значение, например, при определении выработки электроэнергии на ГЭС, прогнозиро вании условий судоходства и решении других народнохозяйствен ных задач. Именно поэтому в настоящей главе уделено значитель 138»

ное внимание результатам исследования однородности и стацио нарности рядов притока воды к водохранилищам и закономер ностям появления группировок лет, различающихся по водности.

6.3. Особенности суммарного притока воды к водохранилищам Изучение закономерностей формирования притока воды в водо хранилища с окружающей территории представляет несомненный, научный интерес в связи с тем, что именно этот элемент водного баланса в сочетании с установленным полезным объемом опре деляет регулирующую способность водохранилищ.

В целях изучения закономерностей формирования суммарного притока воды в важнейшие водохранилища СССР в ГГИ под ру ководством и при участии автора в 1984—1985 гг. был выполнен комплекс научных исследований, завершившихся подготовкой в 1987 г. справочника «Многолетние характеристики притока воды к водохранилищам крупных ГЭС СССР» [113].

На основании полученных значений квартального, месячного -и годового притока воды к 56 водохранилищам СССР были иссле дованы закономерности его многолетних колебаний. Результаты этих исследований приведены далее.

6.3.1. Оценка однородности и стационарности рядов годового притока воды к крупным водохранилищам Ряды годового притока воды к крупным водохранилищам С С С Р, полученные при подготовке справочника [113], были под вергнуты анализу на однородность и стационарность. Чтобы по лучить наиболее устойчивые средние многолетние значения годо вого притока, исходные ряды притока рассчитаны за достаточно длительные промежутки времени, используя всю имеющуюся гид рометеорологическую информацию. Годовые значения притока -определены не только за время эксплуатации водохранилищ, но и з а достаточно продолжительные периоды, предшествовавшие их •созданию. В последнем случае при расчетах притока воды к услов ному (еще не существовавшему) водохранилищу применены те ж е самые расчетные методики, которые использованы при оценках годового притока к эксплуатируемым водохранилищам.

Таким образом, для каждого из 56 водохранилищ, включенных в издание, получены исходные ряды наблюдений продолжитель ностью от 23 до 105 лет. Д л я оценки однородности и стационар ности годового притока использованы ряды продолжительностью не менее 40 лет. В расчетах не использованы ряды, имеющие про пуски в наблюдениях. Всего проанализированы годовые ряды при тока к 39 водохранилищам и в целом к Волжско-Камскому каскаду.

Все расчеты выполнены на ЭВМ ЕС-1045 по программам, состав ленным В. А. Лобановым.

139»

Под однородностью выборки, как известно, понимают принад-' лежность всех ее значений (элементов) одному и тому же закону распределения. Наличие внутрирядной и межрядной корреляции в рядах гидрологических характеристик не позволяет использовать критерии математической статистики в их классическом виде при оценке однородности таких рядов. Выполненный в ГГИ в 1975— 1980 гг. цикл работ по анализу влияния корреляции на параметры законов распределения выборочных статистик позволил обобщить критерии однородности Диксона, Смирнова—Граббса и Колмого рова—Смирнова для последовательностей, имеющих корреляцию между смежными членами ряда [126]. Д л я анализа однородности рядов годового притока к водохранилищам использованы критерии Диксона (D), Смирнова—Граббса (G) и Дэвида ( R / S ). В расче тах учтены полученные в ГГИ уточненные критические значения статистик при уровне значимости а 5 %. Результаты выполнен ных расчетов приведены в прил. 8.

Как оказалось, статистически значимую неоднородность с ве роятностью Р ^ 95 % имеет только ряд притока воды в Нижне туломское водохранилище продолжительностью 49 лет. Отмечен ная неоднородность связана с одним резко отклоняющимся значе нием притока воды за 1932 г. Анализ условий формирования стока в бассейне этого водохранилища показал, что 1932 г. был исклю чительно многоводным для рек этого района. Высокие расходы во ды отмечены в этом году также на близко расположенных прито ках Верхнетуломского водохранилища, озер Кундозеро, Топозеро и Пинозеро. Таким образом, проверка на однородность показала, что рассмотренные ряды годового притока к 38 крупным водохра нилищам и Волжско-Камскому каскаду не противоречат принятой гипотезе однородности. И только один ряд не отвечает принятым критериям.

Под стационарностью ряда, как известно, понимают однород ность выборочных статистических параметров во времени. В каче стве последних выбраны среднее значение и дисперсия. Стацио нарность дисперсии рядов притока воды к водохранилищам оценена по методике ГГИ [126] с использованием критерия Фишера.

Временной ряд разбивали сначала на две, затем на три части, по том на отдельные части, которые по результатам визуального ана лиза могли бы иметь наиболее различающиеся дисперсии. Затем попарно сравнивали дисперсии, вычисленные для различных ча стей ряда по критерию Фишера. Стационарность средних значений оценена с помощью критерия Стьюдента и путем оценки значимо сти линейного тренда значений притока воды во времени. В пер вом случае временной ряд разбивали на отдельные части так же, как при сравнении дисперсий. Значимость линейного тренда оце нена по коэффициенту регрессии (bt) или коэффициенту парной корреляции R между расходами воды и координатой времени. Д л я оценки любого вида тренда использованы также критерии Кокса — Стюарта {К — С) и коэффициент ранговой корреляции Спир мена ( r s ).

140»

Результаты оценки стационарности дисперсий и средних значе ний по указанным критериям приведены в прил. 8. Анализ оценки стационарности дисперсий позволяет сделать следующие выводы.

1. Дисперсия ряда притока воды в Горьковское водохранилище за период 1931—1946 гг. в 4,9 раза меньше, чем за период 1947— 1962 гг. Это различие является статистически значимым по крите рию Фишера с вероятностью Р ^ 95 %. Эти ж е периоды значимо различаются и по средним значениям. Указанные различия можно объяснить разной водностью выбранных для сравнения периодов.

Так, известно, что в 30—40-е годы реки европейской части С С С Р имели пониженную водность.

2. Дисперсия ряда притока воды в Кумское водохранилище за период 1928—1951 гг. в 2,6 раза больше, чем за период 1952— 1980 гг. Это связано с регулирующим влиянием вышерасположен ных Иовской и Княжегубской ГЭС, вступивших в эксплуатацию в 1955—1960 гг. и обеспечивших многолетнее регулирование стока в течение большей части второго периода.

3. Д л я Зейского водохранилища дисперсия первой трети ряда (1901—1927 гг.) в 2,6 раза больше, чем второй его трети (1928— 1953 гг.). Это связано с тем, что в течение первого периода ам плитуда естественных колебаний годовых значений притока была намного выше, чем в течение второго.

4. Дисперсия ряда притока в Дзорагетское водохранилище за период 1932—1955 гг. в 3,6 раза меньше, чем за период 1956— 1980 'гг., что является статистически значимым по критерию Фи шера. Это связано с большой амплитудой колебаний водности притока в течение второго периода по сравнению с первым. Сред ние значения притока за указанные периоды не имеют значимых различий.

5. Дисперсия ряда притока в Саратовское водохранилище за период 1915—1947 гг. в 2,6 раза больше, чем за период 1948—• 1980 гг. Т а к ж е статистически значимо различие дисперсий, оценен ных по критерию Фишера для двух рядов за периоды 1915— 1936 гг. и 1959—1980 гг. Такие различия можно объяснить суще ствованием периода пониженной водности в бассейне р. Волги в 30—40-х годах, а т а к ж е большой амплитудой естественных коле баний годовых значений притока в период 1915—1935 гг.

6. Различие дисперсий рядов притока в Волгоградское водохра нилище имеет те ж е особенности, что и различие дисперсий ря дов притока к Саратовскому водохранилищу. Очевидно, что и при чины этих различий будут аналогичны приведенным для Саратов ского водохранилища.

В целом выполненный детальный анализ показал, что нестацио нарность дисперсий обусловлена естественными факторами.

Нестационарность средних значений можно характеризовать как монотонным, так и скачкообразным изменением их во вре мени. Индикатором монотонного изменения среднего значения яв ляется направленный линейный или нелинейный тренд во времен ной последовательности. Как видно из прил. 8, статистически 141»

значимый линейный тренд отрицательного характера выявлен для рядов притока воды к Бухтарминскому, Иваньковскому, Иркут скому, Угличскому, Каунасскому и Волгоградскому водохранили щам. Направленные положительные изменения среднего значения имеют место для рядов притока к Зейскому и Боткинскому водо хранилищам.

Что касается последнего водохранилища, то здесь имеет место не направленный тренд, а скачкообразное изменение среднего зна чения. Для большинства указанных водохранилищ оценка измене ний средних значений по критерию Стьюдента также показала статистически значимые различия между средними значениями от дельных частей ряда.

Как видно из прил. 8, вклад направленного тренда средних значений притока составляет всего 7—15 % исходного рассеяния временного ряда. В связи с этим выявленную направленность из менений средних значений нельзя использовать в целях прогнози рования. Полученные оценки говорят лишь о том, что выявленные тренды статистически значимые, так как существует нестационар ность или монотонная изменчивость средних значений.

Оценка изменений средних значений по критерию Стьюдента для тех рядов притока в водохранилища, для которых не выявлен однонаправленный тренд, показала, что статистически значимое возрастание среднего значения наблюдается для рядов притока в Чиркейское, Шекснинское и Орджонйкидзевское водохра нилища;

статистически значимое скачкообразное уменьшение сред него значения — д л я рядов притока в Рыбинское и Нарвское водо хранилища. Д л я двух последних рядов нестационарность среднего значения связана с формированием достаточно длительных мало водных периодов 1936—1950 гг. и 1967—1977 гг. (для Рыбинского водохранилища) и 1967—1977 гг. (для Нарвского водохранилища).

Таким образом, проведенный статистический анализ стационар ности средних значений и дисперсий выявил семь рядов, имеющих нестационарные дисперсии и 13 рядов, имеющих нестационарные средние значения. Основная причина нестационарности рядов — на личие естественных периодов резко повышенной или пониженной водности.

6.3.2. Вероятности появления группировок лет различной водности и их продолжительность Д л я большинства водохранилищ СССР характерна весьма зна чительная амплитуда колебаний годовых значений притока воды.

Коэффициенты вариации годового притока изменяются от 0,20 (во дохранилища лесной зоны) до 0,40 (водохранилища лесостепной, степной и полупустынной зон). Вследствие этого при анализе мно голетних колебаний притока вод его годовые значения были отне сены к одной из трех групп водности: низкого притока (модульный коэффициент 0, 9 ), среднего притока ( 0, 9 К 1, 1 ), высо кого притока (К 1,1). Многолетние ряды притока воды по каж 142»

дому из 52 водохранилищ расположили в хронологическом порядке значений, соответствующих той или иной группе водности (зна чение 1 присваивали маловодному, 2 — среднему по водности, 3 — многоводному году). По полученным данным на ЭВМ с использо ванием программы «Final» оценены вероятности смены лет различ ной водности для каждого отдельно взятого водохранилища. На рис. 6.1 в качестве примера приведена диаграмма, характеризую щая закономерности смены годовых значений притока воды к Ры бинскому водохранилищу, выявленные при выполнении расчетов.

/ Рис. 6.1. Диаграмма вероятности смены категорий водности притока воды к Р ы бинскому водохранилищу.

2 — средний 1 — маловодный год, по водности год, 3 — многоводный год.

Анализ полученных данных позволил сделать вывод о том, что закономерности ежегодной смены рассматриваемых категорий при тока вод для отдельных водохранилищ строго индивидуальны. Од нако общим для всех водохранилищ является достаточно высокая вероятность повторного появления лет, относящихся к одной и той ж е группе водности. Кроме того, результаты выполненных расче тов свидетельствуют о том, что для всех рассмотренных водохрани лищ вероятность появления группировок лет любой из рассмотрен ных групп водности продолжительностью более четырех лет (пяти летка, шестилетка и т. д.) очень низкая, как правило, менее 1 %, хотя суммарная их вероятность может достигать 5 % и более.

Группировки лет различной водности, полученные для рассма триваемых водохранилищ, значительно различаются по продолжи тельности. Этим фактором, в частности, объясняется разный ха рактер (крутизна и продолжительность) ветвей подъема и спада разностных интегральных кривых притока вод.

Автор совместно с В. И. Бабкиным, используя методику В. И. Бабкина — Н. К. Серкова [15], основанную на теории дис кретных цепей А. А. Маркова, оценил вероятность появления 143»

группировок лет трех категорий водности и их среднюю продолжи тельность. Вероятность появления группировок (в процентах) дли тельностью т лет для рассматриваемых категорий водности опре делена по формуле р;

т=юотр;

.(1-р:г)2Р!(*-1 (6.1) ;

где Р*и — диагональные элементы матрицы вероятностей пере хода, то есть вероятности повторного появления лет определенной водности (на рис. 6.1 приведены в кружках);

Рф,-— финальная ве роятность перехода для лет соответствующей водности.

Средняя продолжительность рассмотренных группировок при тока оценена по выражению Все расчеты выполнены на ЭВМ с использованием программы «Final». Результаты расчетов для крупных водохранилищ основ ных речных бассейнов СССР приведены в табл. 6.1. Оказалось, что средняя продолжительность группировок лет любой из трех кате горий водности составляет в большинстве случаев 1—2 года. За годом с малым притоком наиболее вероятно ожидать снова мало водный год. Очень мала вероятность смены маловодного года на Таблица 6. Средняя продолжительность х (годы) фаз водности притока и финальная вероятность их появления Р I (%) С р е д н я я по.

Маловодная Многоводная водности Водохранилище Река X X X Рф Рф ф Рыбинское 2,3 1,8 31,6 1.8 31, Волга 36, 2,3 42,4 2, Горьковское 29, 1,7 27, Чебоксарское 40,1 36, 1,8 1,2 24,0 1, Куйбышевское 38,4 35, 25, 2,1 1,4 1, 2,4 44,6 1, Саратовское 2,9 37, 17, Волгоградское 2,0 47,9 34, 1,4 18,0 1, Кама Камское 34,0 35, 1,9 1,4 30, 1, 2, Боткинское 52,8 1,2 9,96 37, 3, 2, Нижнекамское 41,6 1,4 23,9 34, 2, Урал Ириклинское 2,6 53,8 18, 1,5 27, 1, Днепр Киевское 1,9 37,9 1,3 30,1 32, 1, Каневское 2,4 42,7 1,6 2,2 31, 26, Дон 20 46, Цимлянское 1,3 18,6 35, 1, Кура 16 34, Мингечаурское 1,6 1, 37,0 28, Обь 1,6 40, Новосибирское 31,3 1, 1,3 28, Енисей Саяно-Шушенское 34,0 1,5 43,5 22, 1,4 1, 27, Красноярское 1,2 50, 1,7 22, 1, Ангара Братское 29,5 49, 1,7 2,1 20, 1, 24, Усть-Илимское 44, 1,7 1,7 30, 1, Зея Зейское 36, 1,6 1,2 29,0 34, 1, Сырдарья 2,5 43, Чардаринское 14, 1,0 2,6 32, Вахш 2,3 50, Нурекское 24,8 18, 1, 1, многоводный. З а средним по водности годом вероятнее всего на ступление года средней водности. З а многоводным годом вероят нее всего наступление среднего по водности года.

Р °/ г / мал 16 Рис. 6.2. Зависимость вероятности появления группировок маловодных лет Р м з л от их продол жительности т для ряда крупных водохранилищ СССР.

Н I I ft 12 •I AI T \\ •J — Иваньковское.

-—а Куйбышевское о о Саратовское • ® Юшкозерское х---х Мингечаурское т т Чарвакское 0 2 4 6 8 10 Установлено, что та или иная вероятность появления группи ровок лет различных категорий водности и разной продолжитель ности определяется в основном климатическими факторами и прак тически не зависит от размеров бассейна. Выполненные расчеты показали, что чем продолжительнее группировки лет рассмотрен ных категорий водности, тем меньше вероятность их появления.

В качестве примера приведен график, характеризующий вероят ность наступления маловодных периодов определенной продолжи тельности для ряда водохранилищ СССР (рис. 6.2).

10 в. С. B y ГЛИНСКИЙ ГЛАВА 7. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ВОДОХРАНИЛИЩ СССР 7.1. Водные ресурсы водохранилищ СССР, их изменение во времени и распределение по территории В настоящее время в СССР насчитывают около 4 тыс. водохра нилищ объемом более 1 млн м 3 каждое. Что касается малых водо хранилищ объемом менее 1 млн м 3 (некоторые авторы относят их к категории прудов [165]), то их надежная количественная оценка затруднена из-за отсутствия государственного учета для этой ка тегории водоемов. Они имеют сугубо локальное значение, их соз дают по решению местных органов для устранения водного дефи цита в отдельные периоды года за счет перераспределения стока малых рек. Приведенные далее оценки водных ресурсов водохра нилищ даны без учета этой категории водных объектов. В целом по СССР на уровень 1985 г. по данным паспортизации Ц Н И И К И В Р а общий объем воды в водохранилищах (оцененный д л я отметки НПУ) составил около 1025 км 3 [73]. По данным А. Б. Ава кяна и др. [2], этот объем равен 1200 км3. Учитывая, что на запол нение мертвого объема к этому сроку было израсходовано 568 км а воды, суммарный полезный объем водохранилищ СССР на начало 1986 г. составлял 457 км 3 (по Авакяну — 600 км 3 ). Указанное об щее количество воды было изъято из рек СССР в течение длитель ного периода от начала строительства водохранилищ в СССР до сегодняшних дней. По сравнению с ежегодно возобновляемым сто ком рек СССР (примерно 4740 км 3 /год) указанный объем состав ляет около 22 %. Однако учитывая, что отдельные водохранилища заполнялись постепенно в течение многих лет, годовое суммарное изъятие речного стока на их заполнение было весьма незначи тельным и в период 1952—1985 гг. составило 6—70 км 3 /год, что менее 2 % годового стока рек. Хронологические графики годовых затрат воды на заполнение водохранилищ. СССР (изменения нор мативных водных ресурсов водохранилища) (рис. 7.1) даны для двух градаций водохранилищ в зависимости от их полного объема.

Надо отметить, что на заполнение 59 водохранилищ объемом более 1 км 3 за период 1926—1985 гг. было затрачено 958,5 км3, воды, или 93,6 % общего объема воды, израсходованной на эти цели. Д л я остальных градаций получены следующие данные. На заполнение водохранилищ объемом от 101 млн м 3 до 1 млрд м израсходовано 42,9 км 3 воды (4,2 %), от 10 до 100 млн м 3 — 14,9 км 3 (1,4 %), от 1 до 10 млн м 3 — 8,2 км 3 (0,8 %). Как видно, на заполнение полных объемов небольших водохранилищ объемом 1—10 млн м 3 ушло менее 1 % суммарных затрат воды, несмотря на то, что за этот период было введено в эксплуатацию 3267 таких водохранилищ. Трафик (см. рис. 7.1а) характеризует также изме нение регулирующей призмы водохранилищ и их мертвого объ ема по годам за период 1952—1985 гг. При оценке ежегодного 146»



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.