CC BY
61
УДК 565.5 (470.6) ББК 26.222.5 (235.7) М 48
Мельникова Т.Н.
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, профессор РАЕ, Майкоп, тел. (8772) 593936, e-mail: [email protected]
Методы оценки годового стока неизученных рек Северо-Западного Кавказа
(Рецензирована)
Аннотация. Раскрыты рекомендации нормативных изданий по оценке нормы и многолетней изменчивости годового стока неизученных рек Северо-Западного Кавказа, представлена альтернативная методика оценки годового стока неизученных рек исследуемого региона, в основу которой положены связи нормы годового стока рек со средней высотой их водосборов и зависимость коэффициента вариации годового стока рек от средней высоты водосбора. Проведенные исследования расширяют теоретические и прикладные аспекты региональных гидрологических исследований.
Ключевые слова: Северо-Западный Кавказ, нормативная методика, альтернативная методика, связи нормы годового стока со средней высотой водосборов, коэффициент вариации годового стока рек.
Melnikova T.N.
Candidate of Geography, Associate Professor of Geography Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Professor of the Russian Academy of Natural Sciences, Maikop, ph. (8772) 593936, e-mail: [email protected]
Methods of an annual runoff assessment for unstudied rivers in the Northwest Caucasus
Abstract. The paper gives recommendations of standard editions how to assess the norm and many-year variability of an annual runoff of the unstudied rivers in the Northwest Caucasus. The alternative technique to assess the annual runoff of unstudied rivers of the region under study is presented. It is based on a relationship betweern the norm of the annual river runoff and the average altitude of their reservoirs and on a dependence of variation coefficient of the annual river runoff upon the average altitude of a reservoir. The conducted researches expand theoretical and applied aspects of regional hydrological investigations.
Keywords: the Northwest Caucasus, standard technique, alternative technique, relationships beween the norm of an annual runoff and the average altitude of reservoirs, variation coefficient of an annual river runoff.
Введение
Территория Северо-Западного Кавказа отличается разнообразием природных условий формирования стока рек и большой пространственной их изменчивостью. Практически все большие и многие средние реки территории Северо-Западного Кавказа в гидрологическом отношении изучены. Достаточно надежно оценены особенности пространственно-временной изменчивости ресурсов поверхностных вод этой территории. Актуальной задачей остается разработка и уточнение методов оценки параметров стока неизученных, преимущественно малых рек. Большая часть малых рек региона до сих пор остается неизученной, отсутствуют регулярные гидрометеорологические измерения.
Первый опыт детальной разработки рекомендаций по оценке стока неизученных рек изложен в изданиях Государственного водного кадастра (ГВК), в которых получила отражение и исследуемая территория Северо-Западного Кавказа [1, 2]. Обобщение новых материалов наблюдений и накопленного опыта по разработке методов гидрологических расчетов для неизученных рек выполнено Государственным гидрологическим институтом (ГГИ), результаты работы которого изложены в нормативных изданиях [3-5].
Целью данной работы является анализ рекомендаций методов оценки годового стока неизученных рек Северо-Западного Кавказа и рассмотрение альтернативной методики.
Материал и методы исследования
Для выполнения анализа и исследования по разработке и уточнению методов оценки параметров стока неизученных, преимущественно малых рек, использовались материалы режимной гидрологической информации, методические рекомендации, опубликованные в изданиях Государственного водного кадастра, рекомендации нормативных изданий по оценке нормы и многолетней изменчивости годового стока [3-5].
При анализе, обобщении и сравнении методов оценки нормативов стока неизученных рек применялись методы графических построений, математической статистики, гидрологической аналогии и географо-гидрологического анализа.
Результаты исследования и их обсуждение
Рекомендации Государственного водного кадастра способствуют изучению гидрологических процессов и оценке водных ресурсов регионов России.
Норму годового стока неизученных рек издания ГВК [1, 2] рекомендуют оценивать по аналогии с близко расположенными реками, водосборы которых характеризуются такими же условиями формирования стока. Для горных рек особо отмечается возможность различия этих условий даже в соседних водосборах с одинаковыми размерами, поэтому необходимо учитывать при подборе реки-аналога такие факторы, как климат, геологическое строение и другие природные компоненты.
Такой учет часто бывает трудно осуществить. Авторы кадастра указывают, что для практических расчетов нормы годового стока неизученных рек горной территории можно использовать графики связи модуля среднего годового стока рек со средней высотой их водосборов или составленную на их основе таблицу 1.
Для крупных рек рекомендовано использовать таблицу 2, где норма годового стока определяется по размерам водосборной площади. Для оценки нормы годового стока рек равнинной территории (границы ее не указываются) предложена карта изолиний (рис. 1).
Рис. 1. Средний годовой сток рек Северо-Западного Кавказа, мм
-4
Таблица 1
Распределение нормы годового стока по отдельным районам в зависимости от средней высоты водосборов (Ресурсы ..., 1973)
№ района Средние модули стока, л/(с-км2) при средней высоте водосбора, км
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0
2 1,3 3,6 6,0 8,7 11,5 14,5 17,8 21,6 25,3 29,6 34,5 40,0
2а 1,2 5,2 8,0 9,4 10,9 12,7 15,4 19,5 25,6 34.1
2б 17,8 30,5 37,9 42,8 46,7 50,4 53,6
3 1,5 3,6 6,1 8,7 11,8 15,2 19,3 23,8 28,8 34,0 41,5
4 4,3 6,6 9,6 12,7 16,9 21,5 28,5 40,7 58,0
4а 16,3 25,4 37,4
5 7,5 23,0
Примечание: 2 - бассейн притоков верхнего течения р. Кубани до р. Уруп; 2а - бассейны рек Уллу-Кам, Худес; 2б Зеленчук; 3 - бассейн р. Лабы; 4 - бассейн р. Белой; 4а - бассейн р. Пшехи; 5 - бассейны притоков р
Средние многолетние величины годового стока р. Кубани (Ресурсы ..., 1973)
- бассейн р. Большой . Кубани левее р. Пшехи
Таблица 2
Площадь водосбора, 2 тыс. км 40 30 20 15 10 9 8 7 5 4 3 0,8 0,5
Годовой сток, л/(с-км2) 6,90 7,90 9,40 10,2 12,3 12,5 14,0 14,3 16,5 18,5 24,0 42,0 53,0
«о «о
ю ю 01 т
ж
<В
О) "Л
<В X
и
"О
е
г
О"
■о
<В
■а
(Б "О
"О
С (Б 2 О"
X
ш с
•С X О"
ж
с ■о
X
ш
а В
(Б О
X
А
ГО г
с о
Что касается коэффициента вариации годового стока Су, то его значения для «районов с вертикальной зональностью» рекомендуется определять по кривым связи Су=/(Нср.) (рис. 2). Для равнинной северной части Восточного Приазовья было дано значение коэффициента вариации Су«0,90, а для южной его части Су«0,50-0,60 [1].
Рис. 2. Графики связи коэффициента вариации (Су) годового стока рек
со средней высотой их водосборов (Нср., м) [5] Примечание: 1 - бассейн верхнего течения р. Кубани;
2 - бассейны рек Белой, Чамлыка, Фарса;
3 - бассейн р. Кубани от р. Пшиш до устья
Краткие рекомендации по оценке нормы и многолетней изменчивости годового стока рек изложены в СНиПе [4], более подробно этот вопрос освещен в нормативном пособии [3], к которому прилагаются необходимые карты и номограммы [5]. «При отсутствии данных гидрометрических наблюдений, - отмечается в СНиПе [4], - величины среднего многолетнего стока и коэффициента вариации следует определять интерполяцией между значениями, полученными для рек-аналогов ... с учетом влияния местных факторов». Подробнее перечисляются местные факторы (карст, выходы подземных вод, особенности геологического строения, бассейна, характер почв, различия в средних высотах водосборов и др.).
В дополнение к этому в нормативном пособии [3] для оценки нормы и коэффициента вариации рекомендуются конкретные карты, помещенные в Атласе [5].
Существенным дополнением нормативного пособия [3] является то, что даются пояснения для оценки нормы годового стока малых рек. Отмечается, что полученное значение стока принимается с учетом поправочных коэффициентов «на неполное дренирование реками подземных вод или потери стока на испарение с поверхности водосборов» [3].
Что касается горных рек, то норму их годового стока рекомендуется определять по районным зависимостям его от средней высоты водосбора. В нормативном пособии [3] приведены координаты этих зависимостей.
При сопоставлении рисунка 2 с описанием выделенных районов можно отметить ряд серьезных расхождений между ними, а также явную погрешность по координатам д = /[иср), которые сильно затрудняют практическое использование этих материалов.
Нормативные методики, где отмечаются недостатки изложенных рекомендаций, касающихся территории Северо-Западного Кавказа, способствовали необходимости представления полученных эмпирических зависимостей нормы годового стока и коэффициента вариации от средней высоты их водосборов в виде альтернативной методики оценки годового стока неизученных рек исследуемого региона. Возможность ее практического использования подтверждается результатами расчетов по четырем контрольным водосборам: р. Кубань - с. им. К. Хетагурова, р. Белая - х. Кирпичный, р. Пшеха -г. Апшеронск и р. Сочи - с. Навагинское. По каждому из них выполнены расчеты нормы годового стока, коэффициента его вариации, а также годового стока 95% обеспеченности [6].
С этой целью для каждого контрольного водосбора было выбрано по два водосбора-аналога, продолжительность наблюдений по которым составляла 24-42 года. Сведения по этим водосборам приведены в таблице 3. По каждому расчетному водосбору для вычисления коэффициента вариации принято среднее значение параметра, вычисленное по двум соответствующим водосборам-аналогам.
Таблица 3
Контрольные водосборы и их водосборы-аналоги
Контрольные водосборы Водосборы-аналоги
Номер пункта Река - пункт F, 2 км Нср., м Номер пункта Река - пункт F, 2 км Нср., м
8 Кубань - с. им. Коста Хетагурова 3800 2230 10 Кубань - х. Дегтяревский 7390 1690
39 Лаба - ст. Каладжинская 3370 1600
50 Белая - х. Кирпичный 2310 1150 49 Белая - пгт. Каменномо-стский 1850 1330
62 Пшеха - ст. Пшехская 2040 670
61 Пшеха - г. Апшеронск 1480 830 60 Пшеха - с. Черниговское 622 1000
63 Пшиш - г. Ходыженск 710 510
88 Сочи - с. Навагинское 280 760 89 Сочи - г. Сочи 296 720
85 Шахе - с. Солох-Аул 423 1010
Далее вычисление значений нормы годового стока и коэффициентов его вариации произведено по зависимостям, полученным автором [7].
Норма годового стока, выраженная в мм, оценена по районным эмпирическим зависимостям ее от средней высоты водосбора. Для сравнения результатов расчета полученные значения выражены затем в модулях стока, л/(с-км2).
Для оценки репрезентативности полученных зависимостей была выполнена их контрольная проверка. Контрольные расчеты включали определение значений нормы годового стока, коэффициентов его вариации, а также стока в маловодный год, обеспеченностью 95%.
Оценка этих параметров произведена четырьмя способами:
- по фактическим материалам наблюдений;
- по рекомендациям ГВК [1, 2];
- по рекомендациям нормативных изданий [3, 4];
- по методике автора [8, 9].
Результаты выполненных расчетов приведены в таблицах 4 и 5.
Таблица 4
Результаты расчета параметров годового стока по контрольным водосборам
№ района № пункта Река - пункт Площадь водосбора, км2 Средняя высота, м Фактические значения Результаты косвенной оценки
Ресурсы ..., 1973, 1974 Пособие ..., 1984 Автор
Я Ск Я 95% Я Ск Я 95% Я Ск Я 95% Я Ск Я 95%
1 8 Кубань - с. им. К. Хетагурова 3800 2230 19,8 0,14 15,5 26,0 0,10 21,9 21,8 0,16 16,4 21,2 0,12 17,2
+ 31,3 - 28,6 + 41,3 +10,1 +14,3 + 5,8 + 7,1 -14,3 +11,2
2 50 Белая -х. Кирпичный 2310 1150 23,8 0,19 16,9 20,5 -13,9 0,19 0,00 14,6 -11,8 21,0 -11,8 0,19 0,00 14,9 -11,8 20,3 -14,7 0,18 - 5,3 14,7 -13,0
3 61 Пшеха -г. Апшеронск 1480 830 26,2 0,23 17,3 27,0 0,20 18,8 22,0 0,24 14,2 32,0 0,22 21,5
+ 3,1 -13,0 + 8,7 -16,0 + 4,3 -17,9 + 22,1 - 4,3 + 23,7
4 88 Сочи - с. Навагинское 280 760 64,0 0,24 41,2 64 0,17 46,4 62,5 0,18 45,4 58,2 0,23 38,4
0,00 - 29,2 +12,6 - 2,3 - 25,0 +10,2 - 9,1 - 4,2 - 6,8
-4
Примечание: В числителе дроби приведено расчетное значение, в знаменателе - его отклонение от фактического, %
Результаты косвенной оценки годового стока я , (л/(с-км ), и коэффициентов его вариации Сч
Таблица 5
Река Отклонения расчетных значений от фактических, %
Ресурсы ..., 1973, 1974 Пособие ..., 1984 Автор
Я Я 95% Я Су Я 95% Я Су Я 95%
Кубань +31,3 -28,6 -41,3 +10,1 +14,3 +5,8 +7,1 -14,3 +11,2
Белая -13,9 0,00 -11,8 -11,8 0,00 -11,8 -14,7 -5,3 -13,0
Пшеха +3,1 -13,0 +8,7 -16,0 +4,3 -17,9 +22,1 -4,3 +23,7
Сочи 0,00 -29,2 +12,6 -2,3 -25,0 +10,2 -9,1 -4,2 -6,8
Наибольшие отклонения вычисленных значений нормы стока и стока 95% получены по методике ГВК, а результаты, полученные по альтернативной методике и по нормативам, практически одинаковы (отклонения более 15% - в одном из 4-х случаев). Что же касается значений коэффициента вариации, то по альтернативной методике отклонения во всех случаях в допустимых пределах.
Как видно из приведенных результатов расчета (табл. 4 и 5), авторская методика дала в большинстве случаев хорошие результаты. Простота применения альтернативной методики позволяет использовать ее для оценки годового стока неизученных рек СевероЗападного Кавказа на стадии проектирования в качестве альтернативного варианта.
Заключение
1. Анализ рекомендаций нормативных документов [3-5] по оценке годового стока неизученных рек, применительно к территории Северо-Западного Кавказа, показал, что неувязки и ошибки затрудняют их практическое использование.
2. Расчетов годового стока по четырем контрольным водосборам недостаточно для окончательной оценки рассмотренных способов. Тем не менее, предварительное заключение они позволяют сделать: все три способа оценки нормы годового стока в одном из четырех случаев привели к ошибкам выше допустимых. В первом случае это бассейны р. Кубани, во втором и третьем - р. Пшехи. Авторские эмпирические зависимости нормы годового стока от средней высоты водосборов и новое районирование по этому признаку территории могут наравне с нормативными использоваться для решения практических задач по рекам горной и предгорной зон. Введение понижающих поправок к расчетной норме годового стока неизученных малых рек в этом случае не требуется.
Хорошие результаты дала оценка коэффициентов вариации годового стока по полученной автором зависимости С^=/(Иср), которая может быть рекомендована для практического использования в пределах выявленной связи этих параметров.
3. Эмпирические зависимости нормы годового стока и коэффициента вариации от средней высоты их водосборов в виде альтернативной методики оценки годового стока неизученных рек Северо-Западного Кавказа могут найти применение в инженерно-гидрологическом обосновании проектирования различных объектов, а также при разработке новых территориальных строительных нормативов для оценки расчетных гидрологических характеристик.
Примечания:
1. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 8. Северный Кавказ. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 447 с.
2. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 9. Закавказье и Дагестан. Вып. 1. Западное Закавказье. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 576 с.
3. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 448 с.
4. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических характеристик / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1985. 36 с.
5. Атлас расчетных гидрологических карт и номограмм. Приложение 1 к Пособию (1984). Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 28 с.
6. Мельникова Т.Н., Комлев А.М. Водоносность рек Северо-Западного Кавказа. Майкоп: Качество, 2003. 132 с.
References:
1. Resources of the surface waters of the USSR. Vol. 8. The North Caucasus. L.: Gidrometeoizdat, 1973.
447 pp.
2. Resources of the USSR surface waters. Vol. 9. Transcaucasia and Dagestan. Iss. 1. Western Transcaucasia. L.: Gidrometeoizdat, 1974. 576 pp.
3. Manual on the definition of hydrological calculation characteristics. L.: Gidrometeoizdat, 1984.
448 pp.
4. SNiP 2.01.14-83. Determination of the hydrological calculation characteristics / The USSR Goss-troy. M.: Stroyizdat, 1985. 36 pp.
5. Atlas of calculated hydrological cards and nomograms. Appendix 1 to the manual (1984). L.: Gidrometeoizdat, 1986. 28 pp.
6. Melnikova T.N., Komlev A.M. The water content of the rivers of the Northwest Caucasus. Maikop: Kachestvo, 2003. 132 pp.
7. Комлев А.М., Мельникова Т.Н. Водный режим рек Северо-Западного Кавказа. Закономерности формирования и методы расчета. Пермь: ПГУ, 2008. 112 с.
8. Мельникова Т.Н. Многолетняя изменчивость годового стока рек бассейна Кубани // Фундаментальные исследования. М., 2006. № 2. С. 9798.
9. Мельникова Т.Н. Многолетняя изменчивость годового стока рек Северо-Западного Кавказа и особенности ее пространственного распределения // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. 2015. Вып. 1 (154). С. 64-69. URL: http://vestnik.adygnet.ru
7. Komlev A.M., Melnikova T.N. Water regime of the rivers of the North-Western Caucasus. Laws of formation and calculation methods. Perm: PGU Publishing House, 2008. 112 pp.
8. Melnikova T.N. Long-term variability of an annual runoff of the rivers of the Kubanbasin // Basic Research. M.: Academy of Natural Sciences, 2006. No. 2. P. 97-98.
9. Melnikova T.N. Long-term variability of an annual runoff of the rivers in the Northwest Caucasus and features of its spatial distribution // The Bulletin of the Adyghe State University. Ser. Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2015. Iss. 1 (154). P. 64-69. URL: http://vestnik.adygnet.ru
