CC BY
31
УДК 556.04 ГРНТИ 37.27.33
ГИДРОМЕТРИЧЕСКАЯ РЕЙКА ОМСКОГО МЕТРОМОСТА
И.В. Карнацевич, О.В. Мезенцева1, Н.П. Волковская2
Омский государственный аграрный университет
Россия, 644008, г. Омск, Институтская площадь, 1; [email protected]
10мский государственный педагогический университет
Россия, 644043, г. Омск, наб. Тухачевского, 14; [email protected]
2ФГБУ «Обь-Иртышское управление по гидрометеорологии
и мониторингу окружающей среды»
Россия, 644046, г. Омск, ул. Маршала Жукова, 154; [email protected]
В статье представлены результаты анализа зависимости уровня и расхода воды в Иртыше в районе города Омска. Наблюдение за уровнем воды на опоре метромоста позволяют получить данные о расходе воды в Иртыше, приближенные к реальным. Представленный визуальный метод определения расходов воды можно использовать в учебных целях в любой период времени, когда река не покрыта льдом.
Ключевые слова: Иртыш, уровни и расходы воды, город Омск, ежесуточная интенсивность, суммарное испарение, местный сток.
HYDROMETRIC STAKE OF THE OMSK METRO BRIDGE
I. V. Karnatsevich, O. V. Mezentseva1, N.P. Volkovskaya2
Omsk State Agrarian University
Russia, 644008, Omsk, Institutskaya Ploschad, 1; [email protected] 1Omsk State Pedagogical University
Russia, 644043, Omsk, nab. Tukhachevskogo, 14; [email protected]
2Ob-Irtysh Weather Control and Environmental Monitoring Service
Russia, 644046, Omsk, ul. Marshala Zhukova, 154; [email protected]
The article presents the experimental data of the level dependence and flow of water in the Irtysh near the Omsk city. Water level observations at the staking of the Omsk metro bridge makes it possible to get the water flow in the Irtysh close to the actual flow. The authors underline presented visual method of estimation the flow of water can be used for educational purposes at any time when the river is not covered by ice.
Keywords: the Irtysh, water levels and flow of water, Omsk, day-to-day intensity, total evaporation, local runoff.
Введение
Жители Омска и многие гости города, гуляя по набережной Тухачевского, глядят на реку и рассуждают о количестве воды, текущей в Иртыше. Исток реки находится в горах Монгольского Алтая на высоте 3500 м над уровнем моря, протекает через озеро Зайсан, которое называлось раньше по-монгольски Зайсан-Нор, а теперь по-казахски Зайсан-Кёль. В 1950-х гг. в верхнем течении Иртыша начали строить водоподъёмные плотины для гидростанций в целях получения электроэнергии и борьбы с наводнениями на Среднем Иртыше, в том числе и в Омске.
Цель работы - дать простую методику визуального определения количества проте-
кающей воды в Иртыше через Омск в любой момент дня и ночи летом учащимся, студентам, интересующимся жизнью реки жителям Омска.
Проблема и объекты
За свою 301-летнюю историю Омск многократно подвергался опустошительным наводнениям. Информация о многих из них осталась лишь в виде отрывочных заметок в краеведческой литературе. Наводнения стали одной из причин переноса в 1765 г. Омской крепости с левого низменного берега реки Омь на её правый возвышенный берег. Позже наиболее значительные наводнения были в 1818, 1845, 1892, 1928,1941, 1957 гг. Кроме этих были ещё наводнения, но они все по
© Карнацевич И.В., Мезенцева О.В., Волковская Н.П., 2019_
57
2221-7711 Национальные приоритеты России. 2019. № 1 (32)
своим масштабам были меньше и нанесли меньший ущерб населению Омска.
В мае 1928 г. произошло одно из крупнейших наводнений в г. Омске (рис. 1—3). О развитии и последствиях того наводнения хорошо известно из омских газет. В Омске при заторе льда на реке Иртыш уровень воды поднимался несколько суток. Было затоплено 800 домов на берегах рек Иртыш и Омь. Тогда вы-
Рис. 1. Затоплен Любинский проспект
Рис. 3. Затоплена улица Щербанёва (улица Баррикадная)
Краткие сведения об Иртыше, характеристики режима и стока, его водосборной площади можно узнать из материалов Водного кадастра - свода данных, полученных в результате многолетних ежедневных измерений, проводимых у города Омска на гидрологическом посту ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС». На всех континентах, во всех странах в течение уже 100-150 лет работают метеорологические станции, где 8 раз в сутки измеряются температура воздуха, атмосферные осадки. Используя эти данные за тысячи последовательных суточных интервалов, можно с помощью системы уравнений вычислять ежесуточные интенсивности суммарного испарения и местного стока, в том числе и в Омске [1].
делили три основные причины этой природной катастрофы: 1) высокие уровни воды в Иртыше осенью при замерзании и образование заторов на перекатах реки; 2) большая толщина льда, доходившая местами до полутора метров; 3) холодная весна, из-за чего ко времени ледохода лёд на реке мало растаял. Ледоход проходил с заторами по всей длине реки. Затопление наблюдалось до 9 мая.
Рис. 2. Жители Луговских улиц спасаются на крыше
В качестве исходных для расчётов данных использовались массивы температуры воздуха и осадков базы meteo.ru [2], созданной на рубеже второго и третьего тысячелетий в Интернете. В 2006 г. эта база данных насчитывала 47 000 000 чисел, характеризующих результаты многолетних (с конца XIX в.) стандартных наблюдений (измерений) на 220 метеорологических станциях России и сопредельных территорий в границах бывшего СССР. Эти данные и явились материалами для расчётов текущих водных балансов и исследования структур водного баланса в каждые сутки многолетнего ряда наблюдений.
Объём воды, протекающий за единицу времени через площадь потока, расположенного поперёк течения, выражается обычно в кубических метрах в секунду (м3/с). На гидрологических створах производятся промеры площади сечения русла, скорости воды. Параметры постоянно изменяются из-за нестабильного поступления воды в русло рек в зависимости от сезона. Это видно в изменении высоты поверхности воды - уровня воды реки. Для удобства он отсчитывается относительно некой постоянной плоскости, имеющей высотную отметку.
В России уровни воды измеряются относительно Балтийской системы высот (БСВ). Отсчёт этой системы высот ведётся от нуля
Кронштадтского футштока в г. Кронштадте на острове Котлин в Финском заливе Балтийского моря. От этой отметки отсчитаны высоты опорных геодезических пунктов, которые закреплены на местности разными реперами и нанесены на карты.
Нуль Кронштадтского футштока представляет собой многолетний средний уровень Балтийского моря с 1940 по 1941 гг. Для распространения единой системы высот в стране применяется Государственная геодезическая сеть. Главной высотной основой сети являются нивелирные сети I и II классов. Кроме установления Балтийской системы высот, они используются для решения научных задач: изучение изменения высот земной поверхности (земной коры), определения уровня воды морей и океанов и т. д. Нивелирная сеть I класса состоит из полигонов периметром 1200-2000 км. Средняя квадратическая ошибка определения высоты — менее 0,8 мм на 1 км хода. Нивелирная сеть II класса образует полигоны с периметром в 400-1000 км. Средняя квадратическая погрешность определения высоты — менее 2 мм на 1 км хода [3].
Непрерывные стандартные наблюдения за уровнями и стоком воды на Иртыше в Омске ведутся с 1924 г. Между уровнем и стоком выявлена зависимость, индивидуальная для каждого из гидрологических постов. Уровни воды у гидрологического поста и опор метро-моста из-за строения русла и уклона поверхности отличаются, сток же на этом участке сохраняется ввиду отсутствия притоков. Зависимость уровней воды от расходов в Иртыше на гидрологическом посту в Омске за период с 1960 по 2018 гг. показана на рис. 6. Для получения расхода воды нужно определить по вертикальной кривой графика уровень воды в см над нулём поста. Например, уровень воды 70,94 м БС, это 70,94 - 68,94 = 2,00 м, или 200 см, что с линии тренда соответствует расходу 2200 м3/с. Такая зависимость характерна только в период года безо льда. При ледовом покрове рек в зимнее время уровни воды зависят от прихода в русло грунтовых вод и значительно не меняются.
В начале весны при таянии снега в окрестностях Омска уровень воды в Иртыше поднимается с интенсивностью от 1 до 15 см за сутки, при разрушении льда интенсивность роста уровня увеличивается до 120 см за сутки.
Уровень воды Иртыша в Омске значительно изменяется не только в течение сезона, но и год от года. Так, в 2013 г. максимальный уровень воды достиг 239 см, а в предыдущем 2012 г. - всего 56 см. Максимальный же уровень у Омска до зарегулирования наблюдался 5 мая 1928 г. - 778 см (при заторе льда), после зарегулирования - 27 мая в 1966 года составил 456 см. На рис. 4 показана амплитуда колебания уровня Иртыша с мая по сентябрь 2016 г.
Рис. 4. Амплитуда колебаний уровня воды летом 2016 г. (высота черной рейки) составила около 450 см. Высшему уровню соответствовал расход 3400 м3 в секунду (конец мая), низшему - расход 860 м3 в секунду (конец сентября); видны следы от осевшего на бетон ила
В 60-80-х г. ХХ в. Иртыш был зарегулирован Верхне-Иртышским каскадом водохранилищ. В каскаде три водохранилища: Бухтарминское, Усть-Каменогорское, Шуль-бинское. Главная цель введения в эксплуатацию Шульбинской ГЭС это оптимизация попусков воды на Павлодарскую и Омскую поймы. Для этого степного участка поймы характерны: короткая продолжительность стояния воды и недостаточные площади затопления поймы. Зарегулированность Иртыша снижает повторяемость значительных наводнений в Омской области, но не исключает их полностью. Количество весенних заторов сократилось у Омска и увеличилось на участке от Карташово до Тары. Осреднённый за многолетие максимальный годовой уровень снизился в сравнении с естественными
ШК2221-7711 Национальные приоритеты России. 2019. № 1 (32)
условиями на 8-9 % по Омской области, а у г. Омска - даже на 36 % [4]. Со времени зарегулирования основной подъем уровня воды (весеннее половодье) в Иртыше у Омска начинается после вскрытия и формируется попусками Шульбинского водохранилища, это сокращает вероятность заторов льда в Омске и повторения такого, как в 1928 г., наводнения.
В 2005 г. было окончено строительство моста имени 60-летия Победы и с тех пор можно, прогуливаясь по набережной Тухачевского, увидеть на белой опоре нового моста бурые отметины от высоких вод. Если рассмотреть, до какого по счёту сверху доходит уровень то можно приблизительно оценить количество утекающей воды. Высота каждого из девяти блоков опоры моста равна 1500 мм (рис. 5).
блока, расход потока будет около 4 тыс. м в сек. В такие дни за сутки мимо нашего города проходит 4000 м3/с х 86400 с/сут = 345 млн т воды, а за трое суток более миллиарда кубометров китайской и казахстанской воды уходит в Обь и в Карское море. Низ 9-го блока имеет абсолютную отметку 68,00 м в Балтийской системе высот.
В момент фотосъёмки по Иртышу мимо Омска идёт расход воды около 1000 м3 в секунду. Если уровень воды будет располагаться на середине 5-го блока, расход потока будет около 4000 м3 в секунду. Или же, определив по опоре моста примерную отметку уровня и переведя её в сантиметры над нулём поста, по графику (рис. 6) можно узнать примерное количество воды, проходящей по Иртышу у Омска.
Рис. 5. Русловая опора метромоста по ул. Фрунзе у правого берега Иртыша
Рис. 6. График зависимости уровней воды от расходов в реке Иртыш у города Омск. Уровни воды показаны (в см) как превышение над постоянной поверхностью нуля поста 68,94 м БС
На опоре высота каждого из девяти блоков равна 1500 мм. Низ девтого блока имеет абсолютную отметку 68,00 м в Балтийской системе высот. Поверхность воды на снимке расположена выше уровня Балтийского моря ровно на 68 м. В момент фотосъёмки по Иртышу мимо Омска расход воды - около 1000 м3 в секунду. Если уровень воды будет располагаться на стыке 6-го и 7-го блоков, расход воды будет около 3000 м3 в сек. При уровне, соответствующем середине 5-го
Заключение
Иртыш течёт из далеких гор Монгольского Алтая через засушливые степи Казахстана. Река имеет своеобразный режим, для которого характерна значительная изменчивость год от года, сезон от сезона. Для стабилизации и предсказуемости режима был построен каскад водохранилищ, позволяющий регулировать сток Иртыша в продолжительном бессточном участке, вырабатывать
чистую электроэнергию, орошать пойму и снабжать население питьевой водой, даже такого крупного населённого пункта, как Омск, при этом сохранять судоходство по всей территории Омской области и снижать опасность затопления. Иртыш - хорошо изученная река, где продолжительность стан-
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карнацевич И.В. Массовые расчёты ежесуточных сумм испарения с поверхности водосборов по данным наблюдений метеостанций // Омский научный вестник. 2013. № 1 (118). С. 241-246.
2. Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных (ВНИИГМИ-МЦД). Справочная информация о погоде и климате. Meteo.ru [Электронный ресурс]. URL : http://www.meteo.ru (дата обращения: 23.01.2019).
3. Инженерная геодезия: курс лекций / М.М. Орехов, В.И. Зиновьев, Т.Ю. Терещенко, И.Н. Фомин; под ред. М.М. Орехова; СПбГАСУ. 2016. С. 56-65. [Электронный ресурс]. URL : http://www.iprbook-shop.ru/74329.html (дата обращения 23.01.2019).
4. Волковская Н.П. Наводнения на реках Омской области // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. 2017. № 1 (8) январь - март. С. 1-7. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=28882632 (дата обращения 23.01.2019).
Карнацевич Игорь Владиславович - доктор географических наук, профессор Омского ГАУ;
Мезенцева Ольга Варфоломеевна - доктор географических наук, доцент, профессор кафедры географии и методики обучения географии ОмГПУ; [email protected];
Волковская Наталья Петровна - начальник отдела гидрологических прогнозов гидрометцентра Обь-Иртышского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.
дартных наблюдений приближается к столетию. Информацию о стоке и режиме реки можно узнать из официальных источников, но в учебных целях можно визуально определить примерное количество текущей мимо воды, посмотрев на опоры нового моста, когда река не покрыта льдом.
REFERENCE
1. Karnatsevich I. V. Massovye raschyoty ezhesutochnykh summ ispareniya s poverkhnosti vodosborov po dannym nablyudeniy meteostantsiy // Omskiy nauchny vestnik. 2013. № 1 (118). S. 241-246.
2. Vserossiyskiy nauchno-issledovatel'skiy institut gidrometeorologicheskoy informatsii - Mirovoy tsentr dannykh (VNIIGMI-MTsD). Spravochnaya in-formatsiya o pogode i klimate. Meteo.ru [Elektronny resurs]. URL : http://www.meteo.ru (data obrascheniya: 23.01.2019).
3. Inzhenernaya geodeziya: kurs lektsiy / M.M. Orekhov, V.I. Zinov'ev, T.Yu. Tereschenko, I.N. Fomin; pod red. M.M. Orekhova; SPbGASU. 2016. S. 56-65. [Elektronny resurs]. URL : http://www.iprbooks-hop.ru/74329.html (data obrascheniya 23.01.2019).
4. Volkovskaya N.P. Navodneniya na rekakh Omskoy oblasti // Elektronny nauchno-metodicheskiy zhurnal Omskogo GAU. 2017. № 1 (8) yanvar' - mart. S. 1-7. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=28882632 (data obrascheniya 23.01.2019).
Karnatsevich Igor Vladislavovich - Doctor of Geographical Sciences, Professor of the Omsk State Agrarian University;
Mezentseva Olga Varfolomeevna - Doctor of Geographical Sciences, Associate Professor, Professor of the Geography and Methods of Geography Department at Omsk State Pedagogical University; [email protected];
Volkovskaya Natalia Petrovna - Head of the Hydrometric Forecast Department of the Meteorological Office at the Ob-Irtysh Weather Control and Environmental Monitoring Service.
Статья поступила в редакцию 18.01.2019 г.
