CC BY
41
Е.Ж.ГлРМАЕВ, А.В. ХРИСТОФОРОВ.
ОСОБЕННОСТИ ВОДНОГО РЕЖИМА РЕК БАССЕЙНА ОЗЕРА БАЙКАЛ В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА
Исследование внутригодового распределения стока рек Бурятии представляет актуальную задачу в связи с необходимостью гидрологического обоснования различных проектов и мероприятий, направленных на защиту от часто происходящих здесь наводнений и рациональное использование водных ресурсов. В целом для рек данного региона характерна глубокая и продолжительная зимняя межень; относительно невысокое весеннее или всеенне-летнее половодье; серия дождевых паводков в течение летне-осеннего периода, в отдельные годы прерываемая меженью (6). Сложный характер синоптических процессов в теплый период года обуславливает исключительное разнообразие проявлений процесса формирования стока. У одного и того же водосбора в различные годы могут наблюдаться совершенно непохожие гидрографы. За исключением самых северных водосборов (Верхняя Ангара и Баргузин) снегозапасы невелики, поэтому половодье может наблюдаться не каждый год. На основной части территории оно отсутствует в 10-20% случаен (у реки Джида -81%). Даже при достаточном количестве снега более значительным источником водопоступления могут быть дожди. В первую половину теплого периода выпадение осадков в основном обусловлено циклонами, приходящими с запада и северо-запада. С конца июля-начала августа с южными циклонами может поступать морской тропический воздух и выпадать обильные осадки (3). i орные системы затрудняют перенос влаги как с запада, так и с юго-востока, причем степень участия обоих процессов влагопереноса может варьировать от года к году. В этих условиях особенно важен детальный анализ водного режима с учетом пространственно-временной изменчивости факторов стока (осадков, температуры и т.д.). Однако, территория Ьурят ии еще слабо изучена в гидрометеорологическом отношении, етсостанчий мало и расположены они преимущественно в речных Долинах. R то время как основная масса осадков выпадает в горах (4, 9)- Это вынуждает ограничиться статистическим анализом данных 1 иДромегрических наблюдений и использованием осредненных во рсмени и в пространстве климатических показателей (2, 5). В на-си>ящей работе использовались данные наблюдений по 1987 г. продолжительностью 30 и более лет. Простейшей и наиболее раскро-01 раненной характеристикой внутригодового распределения стока
долинах. В то время как основная масса осадков выпадает в горах (<-1 9). Это вынуждает ограничиться стз1истическим анализом данных гидрометрических наблюдений и использованием осредненных во времени и в пространстве климатических показателей (2, 5). В настоящей работе использовались данные наблюдений по 1987 г. продолжительностью 30 и более лет. Простейшей и наиболее распространенной характеристикой внутригодового распределения стока является распределение стока по месяцам. Средние многолетние значения среднемесячных расходов воды помещены в табл. 1.
Т 1.1.
Река - пункт МЕСЯЦЫ 4 5 6 7 8 9
1. Селенга - с. Новоселенгинс 411 1130 1180 1590 1710 1450
2. Селенга -разд.Мостовой 544 1590 1520 2100 2020 1830
3. Джида-ст.Джида 29,6 56,7 81,3 210 180 144
4. Никой -с.Гремячка 53,6 202 181 218 223 196
5. Чикой -с.Поворот 110 466 465 445 569 514
6. Хилок -г.Хилок 31,1 105 58,2 68,9 80,9 85,7
7. Хилок -з.Хайлустуй 78,8 237 163 172 168 182
8. Уда - с. Хо-ринск 7,72 15,4 10,7 13,7 15,2 17,9
9. Уда - г.Улан-Удэ 49,5 143 116 112 114 128
10. Она- 3,19 14,0 12,5 17,8 21,6 20,4
с Гпболиха
"Т4ГБаргу^ин - гт Каргузин 53,3 139 253 253 262 233
1 >. Верх. Ангара - с.Верх.Заимка 71,5 233 803 613 429 357
Данные табл.1 показывают ниже следующее.
1 Для РР- Селенга и Никой характерно относительно неравномерное распределение стока с мая по сентябоь с незначительным повышением в августе.
2 Для рр. Хилок, Уда, Она и Кудун равномерное распределение сгока нарушается повышением майского и сентябрьского стоков.
3. Для рек Курба, Турка и Баргузин характерна повышенная водность в пределах всего теплого периода.
4. У реки Джида наблюдается существенное увеличение стока во второй половине теплого периода.
5. У реки Верхняя Ангара наблюдается четко выраженное половодье в июне.
Подобная типизация носит весьма предварительный характер, так как используемые данные дают лишь самое поверхностное представление о водном режиме рек данного региона. Это объяснятся следующим: от года к году сильно варьируют сроки начала и окончания половодья, его высота и дата прохождения максимума; очень сильно варьируют число и распределение паводочных пиков и их высота; продолжительность основное фазы половодья и тем более паводков у большинства рек значительно меньше месяца.
В связи с этим для анализа использована стохастическая модель гидрографа рек с паводочным режимом стока (7). Модель позволяет максимально полно учесть данные гидрометрических наблюдений и повысить точность гидрологических и водохозяйственных расчетов. В основе модели лежит аппроксимация гидрографа каждого конкретного года формулой к
= (1), где (2 (1) - расход воды в замыкающем створе в момент
зволяет максимально полно учссть данные гидрометрических наблюдений и повысить точность гидрологических и водохозяйственных расчетов. В основе модели лежит аппроксимация гидрографа
каждого конкретного года формулой к
<3 (г) - !".<«,) (1),
1=1 • 1
где С? (1) - расход воды в замыкающем створе в момещ времени 1:; я« - расход базисного стока данного года; к - число пиков гидрографа (половодья и паводков); ^ . Л,- даты прохождения этих пиков; ql - максимальный расход 1-го пика, который, накладывало, на базисный сток и спад предыдущих пиков, дает локальный максимум О ф,(Ы,) - безмерная функция, определяющая форму ¡-го пика, ¡=1 ...к. Анализ сотен гидрограф показал, что в качестве первого приближения может быть использована функция О при х,
Ч> | (М,) = { 1 +1 / (1-1,) при I,- т ,<151, (2),
ехр [- Ъ (Н)1 при где х, - продолжительность интенсивного подъема ¡-го пика; Ь, - коэффициент интенсивности его спада. Возможность описания подъема паводков с помощью отрезка прямой, а спада - с помощью экспоненты, подтверждает выводы работы (3). Если учитывать только те пики гидрографа, у которых индивидуальный (полученные после срезки) максимум ц более чем в два раза превышает средний многолетний расход, то формулы 3 (1) и (2) позволяют аппроксимировать гидрографы рассматриваемых рек со средней погрешностью 10-20%, т.е. сопоставимой с ошибкой данных гидрометрических наблюдений. Использование такой аппроксимации позволяет в компактной форме характеризовать особенности колебаний стока конкретных лет. В качестве и иллюстрации в табл.2 помещены параметры модели для различных водосборов и лет (даты I задаются числом дней от 1 апреля).
р. Баргу зин - п. Ба 1 Параметр ргузин, 19 2 >ы модели 59 г. Ч(Г 3 гидрограф -25 м с, к 4 а =6 5 Табл.2 6
32 60 87 112 126 157
75 205 202 83 35 595
9 18 22 8 5 24
и р. Барг 0,06 -ЗИН - П. Б 1 0,02 аргузин, 2 19 0,С 65 г. 3 3 4 0, Чо* - 03 28 м* 5 0 с, к ,04 ~7 6 0,02 7
36 63 79 88 111 149 182"
Цх 81 206 90 41 122 142 44
16 13 5 9 8 18 7
и р. Уда - 0,04 г. УланЛ 1 0,05 Где, 195{ 2 С г. 1,06 3 о,< )7 • м3/ 0,0 4 ■6 0,02 5 0,03 6
Ъ 37 51 57 114 131 194
Ч; 91 208 41 34 40 32
ъ 16 13 3 4 7 9
р. Уда \ 0,10 г. Улан-^ 1 0,12 /дэ, 1У6Ч 2 г. 0,С < 3 )7 1 0, м3/с, 4 04 к=7 < 0 ,13 6 0,06 7
Ъ 36 54 63 138 150 157 164
Я- 93 69 42 153 184 58 85
ъ 18 6 4 14 7 3 4
и 0,04 0,0Ь 0,06 0,03 0.05 0,04 0,11
р. еле* га - е.Новоселенгинск. 1958 I. Яо-50 м /с, к=13
т,
26
970
ад
772
46
429
52
463
62
625
5
91
105
ЭЙ
550
4
102
275
2
111
864
6
10
122
807
6
147
625
4
12
162
830
5
13
194
424
Ь, 0.06 0,04 0,06 0,10 0,05
0,06
0,06 0,12 0,06 0,0В 0,04 0,05
0,03
Приведенные значения параметров модели характеризуют ряд особенностей водного режима. Для р. Баргузин расход базисного стока ц0 относительно велик, что обусловлено наличием обшир-
1
2
4
5
5
8
9
9
4
3
4
4
4
ной заболоченной поймы, регулирующей паводочный сток (9). ||, смотря на высокую долю снегового питания и наличие ежегодноГ(| половодья, обильные дожди в горах могут приводить к появлсцИ)( дождевых паводков, значительно превышающих пик половодья, ц пример, 4 сентября 1959 г. наблюдался паводок с расходом 475 при максимуме половодья 345 м3/с. Несмотря на наволочный режи\, стока р.Уды, там может наблюдаться относительно очень высокое половодье смешанного происхождения. Например, 2 мая 1958 г. пик половодья составил 238 м3/с, что сильно превышает высоту обычных паводков. Гидрограф р.Селенги 1958 г. оказался типичным с повышением пиков со второй половины июля, т.е. с начала развития второй фазы летнего муссона.
Распределение вероятностей параметров модели позволяег описать возможные гидрографы как реализации случайного процесса. Вероятные изменения от года к году величины базисного стока с], оцениваются по ряду из п лет наблюдений. Свойства параметров и Ь практически не меняются в течение года, не зависят от высоты пика q и могут быть описаны соответствующими функциями распределения вероятностей, построенными по п х к наблюдениям, где к - среднее число пиков в году. Вероятные значения максимальных расходов зависят от времени года в силу ряда причнн: участил снегового питания в начале теплого периода; увеличения осадков и конце лета и их последующего уменьшения; оттаивания почвы и ее насыщения влагой по мере выпадения осадков (3, 6, 9). В табл.3 приведены средние значения я и средние квадратические отклонения о, высоты наводочных пиков для трех периодов: апрель - май, июнь - июль, август - сентябрь. Там же помещены значения среднего числа к пиков за те же периоды.
Внутригодовое распределение параметров паводочных пикое
ТаЬл.З
Пери р. Баргузин - р.Уда - г .Улан- р.Селенги -
од п. >аргузин Удз сА1овоселенгиис
Ч а, к ч ач к Ч к
4-5 155 62 3,05 150 95 3,60 1212 460 4,с"
6-7 268 74 3,55 125 75 3,80 1678 861 5,1С
8-9 253 137 2,40 130 69 2,65 1937 856
Обращает внимание снижение числа паводков в конце тси
лог-о периода и высокая изменчивость высоты паводочных пиков. У р Ьаргузин вследствие географического положения (север Бурятии) и большой высоты водосбора ( Ь = 1150 м. абс.) половодье сдвинуто на июнь, и на спад половодья накладываются дождевые паводки, погрому наиболее высокие пики наблюдаются в июне - июле. На р.Уде высокие паводки в июле практически не наблюдаются, так как здесь июль - период смены типов влагопереноса (4,6). Вследствие этого наиболее высокие пики - в начале и конце паводочного периода. Для р.Селенги характерно повышение стока во второй половине лета, когда на территории Монголии выпадают обильные обложные дожди, поэтому в период август - сентябрь среднее число пиков падает, а их высота я растет.
Наибольший интерес представляет пространственно-временная изменчивость даты прохождения максимального в году расхода вода гтях- Сходный характер имеют режимы р. Селенга и Никой. Высокие паводки, способные дать годовой максимум, могут наблюдаться равномерно в течение всего паводочного сезона: с середины мая по конец августа у Селенги и с начала мая по конец сентября у более высоко расположенного и лучше увлажненного Чикоя. Особняком стоит изолированный хребтами Хангарульским и Хамар-Дабаном от западных влагонесущих потоков водосбор реки Джида. Здесь высокие паводки могут наблюдаться только в июле и августе. В пределах этого интервала паводочная активность равномерно высока, за пределами могут наблюдагься лишь относигельно невысокие дождевые наводки.
Группу сходных по типу водного режима водосборов образуют реки Хилок, Уда, Она и Кудун. В период летней перестройки барической топографии, т.е. после окончания притока влагонесущих масс воздуха и до начала старой фазы развития летнего муссона, на этих реках могут наблюдаться лишь незначительные паводочные пики. Высокие паводки, способные дать годовой максимум расхода воды, проходят в подавляющей степени в первой и последней третях геплого периода. Таким образом, период с пониженными паводками ш,и их отсутствием, т.е. летней межени, приходится на июнь и июль. Подобное двухмодальное распределение даты максимального расхода 1тах обуславливает очень большие значения показателя изменчивости о 0тях) превышает 40 суток. При этом среднее значение ",ах >"'Ке не характеризует вероятную дату прохождения годового
иксичума.
Другую группу сходных по типу водного режима водосбор0ь образуют северные реки Курба, Турка и Баргузин. На этих рек^ ежегодно наблюдается весенне-летнее половодье смешанного сне, а-дождевого происхождении. Реки Курба и 1 урка имеют более низки? водосборы, поэтому наиболее высокие расходы воды многопиковог,. половодья могут наблюдаться в течение месяца: с 10 мая по 10 июця для реки Курба и с 15 мая по 15 июня у более северной реки Турка Лишь в редкие годы высокие дождевые паводки могут наблюдаться в июле и начале августа. Водосбор реки Баргузин расположен нц значительное высоте, в течение и после продолжительного периода снеготаяния формируются высокие дождевые паводки, поэтому половодье растянуто с конца апреля до середины августа и имеет много пиков. Наибольшие расходы воды на этой реке наблюдаются и геченис июня и июли, однако в отдельные годы наиболее высокие паводочные пики могут наблюдаться и в августе и даже в сентябре Как следует из данных табл.2, наибольший расход 1959 года наблюдался 4 сентября. Сходный режим имеет наиболее северная и высока расположенная река Бурятии - Верхняя Ангара. Река имеет преимущественно снеговое питание, а ее гидрограф характеризуется четко выраженным половодьем с максимальным расходом в период с 1 по 30 июня. В редкие годы годовой максимум на р.ВерхняяАнгара можег формироваться за счет дождевых вод на спаде половодья в июле. В целом на реке наблюдается довольно много паводо чны.х пиков (более 10), достаточно равномерно распределенных в течение всего теплого периода, но неспособных самостоятельно, т.е. без участия талого стока, дать годовой максимум стока.
Таким образом выводы, сделанные по табл.1, нашли подтверждение при более глубоком анализе. Полученные результаты показывают, что лежащие в основе стохастической модели принципы статистического анализа данных гидрометрических наблюдений в сочетании с анализом географических факторов стока позволяют усовершенствовать расчеты харектеристик водного режима.
Литература
1. Атлас Забайкалья. Под ред. В.Б.Сочавы. - М.: ГУГК, 1967.-176с.
2. Атмосферные осадки на территории СССР. Под ред. У.А.Швер. -Л.:Гидрометеоиздат, 1976.- 302с.
3. Гарцман И.Н..Лыло В.М..Черненко В.Г. Паводач-ный сток рек Дальнего Востока. Л.:Гидрометеоиздат, 1971. 34с.
4. Климат Улан-Удэ. Под ред. Н.И.Сницаренко Л.:Гидрометеоиздат, 1983,- 240с.
5. Копанев И.Д. (^нежный покров на территории СвСР. - Л.: Гид-рометеоиздат, 1978,- 182с.
6. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 16, вып.З. - Л.: Гидроме-теоиздаг. 1973,-400с.
7. Христофоров A.B. Стохастическая модель гидрографа рек с па-водочным режимом стока, Метеорология, климатология и гидрология,- № 27. -1991.- С 144-154.
8. Христофоров A.B. Надежность расчетов речного стока. - М.: Изд-во МГУ, 1093.- 166с.
9. Чеботарев А.И., Доброумов Б.М. Водные рес>рсы рек зоны БАМ. -Л.:Гидрометеоиздат, 1977.- 272с.
