CC BY
18
Раздел 3 Section 3
ГИДРОЛОГИЯ. КЛИМАТ HYDROLOGY. CLIMATE
УДК 551.2
ОЦЕНКА ОСАДКОВ ПОЛОВОДЬЯ
С ПОМОЩЬЮ ОРОГРАФИЧЕСКОЙ ДОБАВКИ К СКОРОСТИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ РЕКИ АБАКАН)
В.П. Галахов1-2, Н.М. Легачева1, И.Ю. Рудыка1
1 Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail: [email protected] 2Алтайский государственный университет, Барнаул
В практике гидрологических прогнозов считается, что оценка средних многолетних сумм твердых осадков является одной из основных характеристик при прогнозировании объема талого стока. Сделана попытка построить карту средних многолетних сумм твердых осадков на основе учета добавки к скорости вертикальных движений воздушных масс за счет орографии и материалов наблюдений на опорных метеостанциях. Рассмотрена возможность использования орографической добавки при оценке осадков за период предшествующий половодью и в период его формирования.
Ключевые слова: сумма осадков, бассейн реки Абакан, орографическая добавка к скорости вертикальных движений.
Дата поступления 25.12.2016
Разрабатываемые модели расчета расходов и максимальных уровней весеннего половодья основываются на физико-статистических моделях [1]. В качестве первичных предикторов (исходной информации) в подобных моделях используется имеющаяся гидрометеорологическая информация. Эти модели дают относительно хороший результат при краткосрочных прогнозах. Однако наиболее перспективный способ для оценки увлажнения формирующего половодье в условиях длительной зимы, по мнению специалистов [2-3], является расчет осадков с помощью скорости вертикальных движений. Естественно, что при имеющемся аэрологическом обеспечении Сибири разработать достаточно простую модель движения воздушных масс и установить ее достовер-
ность практически невозможно. Но с помощью простых кинематических моделей можно оценить орографическую добавку к скорости вертикальных движений при пересечении воздушными массами (в частности фронтальными разделами) орографических препятствий [4-5].
Средние многолетние осадки
Успешный расчет средних многолетних осадков за холодный период в бассейне реки Катуни [6] и зимних (также твердых осадков) в бассейне реки Чарыш [7] на основе использования орографической добавки к скорости вертикальных движений позволил сделать аналогичную попытку для бассейна реки Абакан. Для оценки осадков за холодный период и время прохождения
половодья в бассейне Абакана сделана попытка увязать среднюю многолетнюю сумму осадков с добавкой к скорости вертикальных движений за счет орографии. Достаточно подробное описание алгоритма модели движения воздушной массы в условиях сложной орографии можно найти в монографии «Условия формирования и расчет максимальных снегозапасов в горах» [5].
На основе разработанного алгоритма расчета скорости вертикальных движений за счет орографии в узловых точках (шаг на местности 25х25 км) были расчитаны ее величины (рис. 1). По полученным значениям орографической добавки к скорости вертикальных движений в районе метеостанций (табл. 1) были построены графики связи этой добавки и суммы осадков за ноябрь-март, а также за апрель, май и июнь (рис. 2). Средние многолетние величины осадков взяты из [8]. В отличие от бассейна Ку-
туни абсолютные отметки в бассейне Абакана не превышают 2,5 км, поэтому не учетывались твердые осадки в октябре.
Таблица 1
Список метеорологических станций используемых для оценки снегонакопления и осадков в бассейне реки Абакан
ГМС м/сек Ххыпмм [8]
Курагино 0,005 104
Минусинск -0,75 55
Ермаковское 0,005 128
Оленья речка 0,3 338
Ненастная 0,5 635
Шира -0,27 36
Коммунар 0,25 321
Хакасская ЗГМО -0,27 40
Уйбат -0,27 27
Неожиданный 0,2 264
Бея -0,27 56
Таштып -0,27 64
Абаза -0,18 79
23 24 25 26 27 28 ^ | 29 30 31 32 33 34 35 36
И 7 7 8 7. 2 2в1 2 3 6 2 7 7 6 2
12 5 7 8 КОМ N 1 1унар 2 3 6 3 6 6 3 К 4 6
13 6 7 8 7 6 7 6 6 6 3 •-Ми 2 2
14 6 7 6 6 8 7 -2 бдб 1 акан< к 2 ч^с и+ нск 3
15 3 5 7 8 8 7 у и( 7 'эт® 6 1 3 \ 3 6
16 7 6 2 3 8 2 7 3 2 а й ко 3 5 5
17 7 7 8 2 8 2 7 2 / 1 2 Гз 3 3
18 7 8 7 8 мрп 7 6* б.т 1/ 2 ' Бея 1 1 ■уэянс 2 >горс 7 < 7
19 7 7 7 7 1 7 /2 8 7 (1 8 7
20 2 7 7 7 "7 V 3 6 7 7 1 2^ ?5
21 7 7 7 12 7 7)? 2 7 7 7 7 5 / У6
22 3 7 6 7 7/ 2 7 2 7 7 1
23 з8Гс 1 7 7 / /1 7 6 6 8 7 ^
24 - ^ а 71 7 7\ 6 7 6 2 6 5 5 1 1
25 71) 7 6 5 5 2 8 5 1 1 1 1 7
26 4 8 7 6 5 5 1 4 1 / 1 2 1 6
Рис. 1. Матрица орографической добавки к скорости вертикальных движений за счет орографии в бассейне реки Абакан (показано местоположение опорных ГМС и водомерного поста Абакан-Райков; выделен бассейн Абакана до устья):
1 - от -1 до -0,5; 2 - от -0,5 до -0,1; 3 - от -0,1 до -0,01; 4 - от -0,01 до 0; 5 - от 0 до 0,01; 6 - от 0,01 до 0,1; 7 - от 0,1 до 0,5; 8 - от 0,5 до 1 м/сек.
а
б
в
□ - данные ГМС на правом берегу Енисея
Рис. 2. График связи орографической добавки и суммы средних многолетних осадков
(суммы осадков взяты из [8]): а - за ноябрь-март; б - апрель; в - май; г - за июнь.
г
На основе зависимости орографической добавки и суммы осадков за ноябрь-март была рассчитана матрица средних многолетних осадков за холодный период (рис. 3). Для проверки полученных зависимостей сделана попытка определения коэффициента стока за период половодья. Величина суммарного слоя за половодье взята для водомерного поста Абакан-Райков из [9]. Сумма осадков за холодный период (ноябрь-март) и период половодья (апрель-июнь) рассчитана по полученным зависимостям (рис. 2). Материалы расчетов представлены ниже в таблице 2. Учитывая многоводность (а значит и большое увлажнение) бассейна р. Абакан, полученный коэффициент стока представляется вполне закономерным.
Сток половодья
Для оцеки зависимости объема половодья реки Абакан в створе Райков
(Б=31 300 км2) на основе материалов [9] была сделана попытка рассчитать сумму осадков с ноября по май (рис. 4) и увязать их со слоем стока. Необходимо отметить, что в год с минимальным объемом половодья (зима-весна 1973-1974) сумма осадков определялась с ноября по апрель, т.к. поскольку осадки мая не должны играть значительной роли после схода снега в апреле. Анализ зимы 1978-1979 гг. показал, что в начале ноября наблюдалась оттепель, и аккумуляция снега в бассейне началась лишь 11 ноября (рис. 5а). Из зимы 19781979 гг. необходимо исключить примерно около 40 % осадков за ноябрь по ГМС Прииск Неожиданный и Ненастная. На ГМС, находящихся в долине Абакана, принимаем, что аккумуляция снега началась лишь с 24 ноября. Интересен и термический режим марта (рис. 5б).
23 24 25 26 27 28 _ | 29 30 31 32 33 34 35 36
11 5« 2 2* 2 3 4 2 5 5 4 2
12 Ком 1\ 1 |уНсф 3 4 3 4 4 3 К 4 4
13 5 4 5 4 4 4 3 2Ми 2 2 ?
14 .2 4дб 1 , акан« 2
15 УИК 5 зат* 4 1 ^ ? \ 3 4
16 5 3 к 2 айков 3 4 ) 4 4
17 2 7 2 / 1 2 4./с 3 3
18 ирг 5 4* ,4.Т 1/ 2 • Бея 1 V 2 5 5
19 5 у* /1 9 5 (1 9 5
20 1 У "5 3 4 5 5 1 У4
21 "2 5 5> 2 5 5 5 5 4 /
22 ^ 4 5 _ 16 2 5 2 5 5 1С 1
23 Ло '5 1 5 5 / /1 5 4 4 9 5 _
24 5 4 5 4 2 4 4 4 1 1
25 У 4 4 2 9 4 1 1 Т 1 1 5
26 4 1 4 5/ -4 1 2 1 4
Осадки, мм Слой стока за половодье, мм Коэффициент стока
Ноябрь-март апрель май июнь
188,9 46,1 71,6 81,5 208,0 0,43
Рис. 3. Средние многолетние твердые осадки бассейна Абакана за ноябрь-март:
1 - 0-25; 2 - 25-50; 3 - 50-100; 4 - 100-200; 5 - 200-400; 6 - 400-600; 7 - 600-800; 8 - 800-1000, 9 - более 1000 мм.
Таблица 2
Суммы осадков и коэффициент стока за период половодья
а
б
Рис. 4. График связи орографической добавки и суммы осадков
(суммы осадков взяты из Метеорологических ежемесячников): а - год с минимальным объемом стока за половодье (ноябрь-апрель, 1973-1974 гг.); б - год с максимальным объемом стока за попловодье (ноябрь-май, 1965-1966 гг.).
а
б
Рис. 5. Максимальные (вверху) и средние суточные (внизу) температуры воздуха
на прииске Неожиданный:
а - в ноябре 1978 г.; б - в марте 1979 г.
Рис. 6. Зависимость слоя стока за половодье от суммы осадков (ноябрь-май)
в створе Абакан-Райков:
* - показано местоположение 1979 г. без учета оттепели в марте.
Таблица 3 Характеристика половодья Абакан -пос. Райков, площадь водосбора 31 тыс. км (по данным [9])
Год Продолжительность, дн. Дата начала Слой стока, мм Объем, млн. м3
1966 49 - 123 3850
1974 104 - 364 11400
1976 75 17.04 175 5490
1977 93 12.04 205 6430
1978 78 20.04 205 6430
1979 95 19.04 242 7590
1980 82 18.04 189 5930
Примечание: 1966 г. - максимальный по
водности, 1974 г. - минимальный по водности.
В период с 15 по 26 марта также наблюдалась продолжительная оттепель. Примечательно, что за это время практически не было осадков (а значит и облачности). Экспертная оценка показала,
что в марте свободно могло стаять и испариться немногим более 20 см снега или около 50 мм в слое воды. Для оценки зависимости объема весеннего половодья в створе Райков использовали данные Государственного водного кадастра [9] (рис. 6, табл. 3). За эти же годы, как уже упоминалось ранее, была вычислена сумма осадков с ноября по май и построен график связи - И = ДЕХ).
Заключение
1. Орографическая добавка к скорости вертикальных движений может быть использована для оценки как твердых, так и жидких осадков формирующих половодье.
2. Объем стока за половодье может быть определен лишь при знании (прогнозе) осадков за апрель и май. Учет лишь твердых осадков в бассейне не приводит к положительному результату.
Список литературы
1. Тема 8.79 плана НИР и ОКР Росгидромета «Разработка и усовершенствование метода и програмного обеспечения прогноза ежедневных и максимальных уровней в бассейнах рек Верхней и Средней Оби и Енисея с применением математических и физико-статистических моделей». - Новосибирск: Сибирский региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институт, 2009. - 96 с.
2. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 752 с.
3. Роджерс Р.Р. Краткий курс физики облаков. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 232 с.
4. Дурнев В.Ф., Перов В.Л. Модель движения воздушной массы над сложным рельефом // Докл. Института географии Сибири и Дальнего Востока. Вып. 47. - Иркутск, 1973. - С. 46-51.
5. Галахов В.П. Условия формирования и расчет максимальных снегозапасов в горах. - Новосибирск: Наука, 2003. - 104 с.
6. Галахов В.П. Средняя многолетняя сумма твердых осадков Верхней Оби // Изв. АО РГО. - 2016. - № 1 (40). - С. 27-33.
7. Галахов В.П., Попов Е.С., Мардасова Е.В., Плехова А.В. Прогноз максимальных уровней реки Чарыш в период снеготаяния // Изв. АО РГО. - 2016. - № 3 (42). - С. 38-44.
8. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. Вып. 21. Красноярский край, Тувинская АССР. Кн. 1. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 624 с.
9. Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Том 1. РСФСР. Вып. 12. Бассейн Енисея (без бассейна Ангары и Пясины). - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 464 с.
References
1. Tema 8.79 plana NIR i OKR Rosgidrometa «Razrabotka i usovershenstvovaniye metoda i programnogo obespecheniya prognoza ezhednevnykh i maksimalnykh urovney v basseynakh rek Verkhney i Sredney Obi i Yeniseya s primeneniyem matematicheskikh i fizi-ko-statisticheskikh modeley». - Novosibirsk: Sibirsky regionalny nauchno-issledovatelsky gidrometeorologichesky institut, 2009. - 96 s.
2. Matveyev L.T. Kurs obshchey meteorologii. Fizika atmosfery. - L.: Gidrometeoizdat, 1984. - 752 s.
3. Rodzhers R.R. Kratky kurs fiziki oblakov. - L.: Gidrometeoizdat, 1979. - 232 s.
4. Durnev V.F., Perov V.L. Model dvizheniya vozdushnoy massy nad slozhnym relyefom // Dokl. Instituta geografii Sibiri i Dalnego Vostoka. Vyp. 47. - Irkutsk, 1973. - S. 46-51.
5. Galakhov V.P. Usloviya formirovaniya i raschet maksimalnykh snegozapasov v go-rakh. - Novosibirsk: Nauka, 2003. - 104 s.
6. Galakhov V.P. Srednyaya mnogoletnyaya summa tverdykh osadkov Verkhney Obi // Izv. AO RGO. - 2016. - № 1 (40). - S. 27-33.
7. Galakhov V.P., Popov Ye.S., Mardasova Ye.V., Plekhova A.V. Prognoz maksimalnykh urovney reki Charysh v period snegotayaniya // Izv. AO RGO. - 2016. - № 3 (42). - S. 38-44.
8. Nauchno-prikladnoy spravochnik po klimatu SSSR. Ser. 3. Mnogoletniye dannye. Ch. 16. Vyp. 21. Krasnoyarsky kray, Tuvinskaya ASSR. Kn. 1. - L.: Gidrometeoizdat, 1990. - 624 s.
9. Gosudarstvenny vodny kadastr. Mnogoletniye dannye o rezhime i resursakh poverkh-nostnykh vod sushi. Tom 1. RSFSR. Vyp. 12. Basseyn Yeniseya (bez basseyna Angary i Pya-siny). - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 464 s.
FLOOD PRECIPITATION ESTIMATE BASED ON OROGRAPHIC CHANGE IN VERTICAL AIR MOTION (RIVER ABAKAN AS A CASE STUDY) V.P. Galakhov1-2, N.M. Legacheva1, I.Yu.Rudyka1
'Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail: [email protected]
2Altai State University, Barnaul
In hydrological forecasts, the assessment of long-term average solid precipitations are considered as one of the main characteristics for predicting the runoff from snow. For lowland areas, such maps can be constructed with a given reliability using the data of direct observations, while in complex orography (mountains) such a construction is almost impossible due to rare observations. In the paper, we attempt to build a map of the long-term average solid precipitations taking into consideration the increase of the vertical air velocity due to the orography.
Key words: precipitation amount, Abakan river basin, orographic change in vertical air motion.
Received December 25, 2016
