CC BY
13
УДК 556.06 ББК 26.222.5
М.В. Ушаков
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАКСИМАЛЬНОГО ВЕСЕННЕГО СТОКА РЕК СЕВЕРНОГО ПРИОХОТОМОРЬЯ
Цель работы: разработать методику определения максимальных расходов воды и объемов стока за период весеннего половодья на реках северного побережья Охотского моря различной обеспеченности. Исходными данными послужили многолетние наблюдения за стоком на восьми гидрологических постах. Установлено, что на максимальном весеннем стоке рек Северного Приохотоморья современное глобальное потепление не отразилось. В пространственном распределении модуля максимального расхода воды и слоя стока за период половодья закономерностей не выявлено. Выявлены связи параметров кривой распределения максимальных расходов и объемов стока с площадью водосбора. По полученным формулам можно определять максимальные расходы воды и объем стока за период весеннего половодья различной вероятности превышения. Методика расчета характеристик весеннего стока будут полезна при проектировании и эксплуатации гидротехнических сооружений, при перспективном планировании использования водных ресурсов.
Ключевые слова:
весеннее половодье, расход воды, объем стока, уравнение регрессии.
Ушаков М.В. Расчетные характеристики максимального весеннего стока рек Северного Приохотоморья // Общество. Среда. Развитие. - 2022, № 1. - С. 131-134. - DOI 10.53115/19975996_2022_01 _131 -134
© Ушаков Михаил Вилорьевич - кандидат географических наук, старший научный сотрудник, Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н.А. Шило Дальневосточного отделения Российской академии наук, Магадан; e-mail: mvilorich@narod.ru
Важное место в жизни рек занимает весеннее половодье, которое охватывает большие территории и зачастую наносит большой ущерб экономике и населению. Основными характеристиками максимального весеннего стока рек являются максимальный расход воды и объем стока за период весеннего половодья.
В данной работе ставится цель получить формулы для определения параметров кривой распределения максимальных расходов воды и объемов стока за период весеннего половодья на неизученных реках северного побережья Охотского моря (Северного Приохотоморья). На основе расчетных параметров можно по кривой обеспеченности определять максимальные расходы воды и объемы стока за период половодья различной вероятности превышения. Эти характеристики необходимы при проектировании и эксплуатации защитных дамб, водохранилищ, хвостохра-нилищ, мостовых переходов, ЛЭП и др.
Как известно, со второй половины XX века идет процесс глобального потепления [9; 6; 13], который отражается и на некоторых элементах гидрологического режима рек [20; 18; 4; 15; 19]. Поэтому вызывает интерес вопрос, сказывается ли современное изменение климата на максимальный весенний сток.
Характеристикам речного стока рек Северного Приохотоморья посвящено ряд работ [4; 10; 15, 16]. Вопрос максимально-
го стока весеннего половодья для данного района углубленно еще никем не рассматривался.
Рассматриваемая территория относится к Тихоокеанской области умеренного климатического пояса. Среднегодовые температуры воздуха лежат в пределах -3,5^-9,52С [8]. Для этой зоны свойственно избыточное увлажнение, холодное лето, снежная зима [11]. Распространение многолетнемерзлых пород, примерно до с.ш. прерывистое, а севернее - слабо прерывистое. [2; 3]. Рельеф местности горный, лишь в нижнем течении реки выходят пенеплен.
В теплую часть года (май-октябрь) протекает основная масса воды (94-98%) [10]. С ноября по апрель наблюдается зимняя межень. Весеннее половодье проходит в мае-июне, его пик проходит обычно во второй половине мая, первой декаде июня. Дождевые паводки отмечаются в июне-сентябре, реже в октябре.
Материалы и методы
Исходными данными послужили многолетние наблюдения за стоком на восьми гидрологических постах Колымского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (табл. 1). Пост на р. Тауе расположен на западе Северного Приохотоморья, на р. Гижиге - на востоке. Остальные пункты наблюдений расположены в г. Магадане и его окрестностях.
о
132 Таблица 1
Статистические параметры рядов максимальных расходов весеннего половодья рек Северного Приохотоморья
Река - пункт Площадь водосбора, км2 Годы наблюдений за стоком, годы Средний максимум Qmax, м3/с Коэффициент вариации CV Отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации CS/CV
Гижига - в 20 км от устья 11700,0 1961-1993 2450,00 0,36 2,0
Магаданка - г. Магадан 48,5 1972-2019 8,55 0,69 3,5
Кменушка - в 8 км от устья 40,3 1977-2019 5,48 0,68 3,5
Дукча - п. Снежная Долина 119,0 1979-2019 22,70 0,76 2,5
Дукча - устье 330,0 1961-2019 43,20 0,62 3,0
Хасын - в 80 км от устья 682,0 1962-2019 92,10 0,50 4,0
Уптар - п. Уптар 285,0 1975-2019 53,20 0,88 3,5
Тауй - с. Талон 25100,0 1962-2019 2450,00 0,37 2,5
Таблица 2
Статистические параметры рядов объема стока весеннего половодья рек Северного Приохотоморья
Река - пункт Средний объем стока W, млн м3 Коэффициент вариации CV Отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации CS/CV
Гижига - в 20 км от устья 2590,00 0,32 0,16
Магаданка - г. Магадан 10,00 0,56 0,60
Кменушка - в 8 км от устья 7,21 0,53 0,59
Дукча - п. Снежная Долина 30,70 0,59 1,18
Дукча - устье 66,00 0,43 0,65
Хасын - в 80 км от устья 110.00 0,56 1,12
Уптар - п. Уптар 55,30 0,48 0,82
Тауй - с. Талон 5250,00 0,46 0,69
о
3
ю О
Погодичные значения максимальных расходов воды и объемов стока весеннего половодья выбирались из [7] и Гидрологических ежегодников Государственного водного кадастра. Пропуски в наблюдениях восстанавливались методом гидрологической аналогии [1].
Статистические параметры рядов максимальных расходов воды и объемов стока за половодье рассчитывались методом моментов [12] (см. табл. 1, 2).
Построение графических связей и вычисление параметров уравнения регрессии производилось при помощи табличного редактора Microsoft Excel.
Результаты и их обсуждение
По территории Северного Приохото-морья модуль среднемноголетнего максимального расхода воды лежит в пределах 0,10-0,20 м3/(с-км2), его коэффициент вариации меняется от 0,36 до 0,88 коэффициент асимметрии - от 0,72 до 3,08. Какой-либо закономерности в пространственном распределении этих параметров нет.
Согласно критерию Стьюдента и Фишера, при уровне значимости 5% ряды максимальных расходов и слоев стока половодья однородны по среднему и дисперсии, не имеют тренда, то есть глобальное потепление пока никак не сказывается на их многолетних колебаниях.
Параметры кривой трехпараметриче-ского гамма-распределения максимальных расходов воды связаны с площадью водосбора (рис. 1):
дшах = 0,225 ехр(2,14^(4+1)), г = 0,99 (1) Су = 1 - 0,15%(4+1), г = 0,82 (2)
С5 = 3,58 - 0,62%(Л+1), г = 0,81, (3) где Ятах - среднемноголетний максимальный расхода воды, м3/с; Су - коэффициент вариации; С$ - коэффициент асимметрии; г - коэффициент корреляции.
При длине ряда п = 8 критическое значение коэффициента корреляции при уровне значимости 5% составляет г5% = 0,76. Коэффициенты корреляции уравнений (1), (2), (3) больше критического
Рис. 1. Связи среднемноголетнего максимального расхода воды половодья ^ (а), его коэффициента вариации ^ (б) и коэффициента асимметрии CS (в) с площадью водосбора А для рек Северного Приохотоморья.
Рис. 2. Связи среднемноголетнего объема стока половодья Ш (а), его среднеквадратичного отклонения о (б) с площадью водосбора А и коэффициента асимметрии С8 с коэффициентом вариации (в) для рек Северного Приохотоморья.
значения, следовательно, корреляционные связи на рис. 1 статистически значимы.
Обратная связь коэффициентов вариации и асимметрии с площадью водосбора вполне объяснима. Чем больше величина бассейна, тем больше проявляется его роль как регулятора стока. В пределах большого бассейна разнообразнее количество и режим поступления талых вод. Увеличение типов подстилающей поверхности приводит к пространственному разнообразию режима испарения. Возрастание глубины вреза речных русел увеличивает долю подземного стока. Можно сказать, что чем больше река, тем меньше многолетняя изменчивость модуля максимального расхода воды.
Слой стока за период весеннего половодья меняется по территории от 162-228 мм и каких-либо закономерностей в распределении не обнаруживается. Статистические
параметры объема стока весеннего половодья также хорошо связаны с размерами водосбора (рис. 2а, рис. 2б):
Ш = 0,19ехр(А1'01), г = 0,99 (4)
о = 0,16ехр(А0'91), г = 0,99 (5)
где Ш - норма объема стока весеннего половодья, млн м3; о - среднеквадратичное отклонение, млн м3.
Как известно, переход от среднеквадратичного отклонения к коэффициенту вариации осуществляется по простой формуле
^ = о^ (6)
Коэффициент асимметрии связан с коэффициентом вариации (см. рис. 2в):
С = 4,56С/'71, г = 0,87 (7)
Рассчитав параметры кривой распределения по формулам (1)-(7) для любой неиз-
сЗ
о
О
ученной реки Северного Приохотоморья можно определить максимальные расходы воды и объем стока весеннего половодья заданной обеспеченности.
Заключение
На основе проведенного исследования установлено, что на максимальном весеннем стоке рек Северного Приохотоморья современное глобальное потепление пока никак не сказывается.
В пространственном распределении модуля максимального расхода воды и
слоя стока за период весеннего половодья закономерностей не выявлено, то есть они не поддаются картированию.
При помощи полученных формул можно определять максимальные расходы воды и объем стока за период весеннего половодья различной вероятности превышения.
Гидрологические расчеты характеристик весеннего стока будут полезны при проектировании и эксплуатации гидротехнических сооружений, при перспективном планировании использования водных ресурсов.
о
3
ю О
Список литературы
[1] Владимиров А.М. Гидрологические расчеты. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 366 с.
[2] Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток / Под ред. Э.Д. Ершова. - М.: Недра,
1989. - 515 с.
[3] Глотов В.Е., Глотова Л.П. Гидрогеология северной береговой зоны Охотского моря // Тихоокеанская геология. Т. 28. - 2008, № 6. - С. 12-132.
[4] Глотов В.Е., Глотова Л.П., Ушаков М.В. Влияние климата на минимальный зимний сток рек Тауй-ского экорегиона // Вестник СВНЦ ДВО РАН. - 2018, № 3. - С. 36-42.
[5] Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения. - М.: Мир, 1971. - 288 с.
[6] Заявление ВМО о состоянии глобального климата в 2015 году. - ВМО-№ 1167. - Женева, Publications Board World Meteorological Organization, 2016. - 26 с.
[7] Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Т. I. Вып. 17. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 429 с.
[8] Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер.3. Ч. 1-6. Вып. 33. - Л.: Гидрометеоиздат,
1990. - 566 с.
[9] Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Т. 1: Изменение климата. - М.: Росгидромет, 2008. - 277 с.
[10] Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 19. Северо-Восток. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 282 с.
[11] Север Дальнего Востока / Под ред. Н.А. Шило. - М.: Наука, 1970. - 487 с.
[12] СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. - М.: Госстрой России, 2004. - 74 с.
[13] Сточкуте Ю.В., Василевская Л.Н. Многолетние изменения температуры воздуха и почвы на Крайнем Северо-Востоке России // Географический вестник, - 2016, № 2(37). - С. 84-96.
[14] Ушаков М.В. Пространственно-временные колебания стока весеннего половодья на реках Верхней Колымы // Геополитика и экогеодинамика регионов. Т. 5(15). - 2019, вып. 4. - С. 319-333.
[15] Ушаков М.В. Климатический отклик минимального летне-осеннего стока рек северного Приохото-морья // Ученые записки Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. География. Геология. Т. 5(71). 2019, № 1. - С. 238-246.
[16] Ушаков М.В. Расчет кривых спада дождевых паводков для управления гидроэкологической ситуацией на реках Северного Приохотоморья // Географическая среда и живые системы. - 2020, № 1. -С. 126-133.
[17] Шелутко В.А. Численные методы в гидрологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 239 с.
[18] Gartsman B. I., Lupakov S. Yu. Effect of Climate Changes on the Maximal Runoff in the Amur Basin: Estimation Based on Dynamic-Stochastic Simulation // Water Resources. - 2017, vol. 44(5). - P. 697-706.
[19] Ushakov M.V., Ukhov N.V. Modern Changes in the Thermal Regime of Mountain Rivers in the Permafrost Zone (A Case Study for the Upper Kolyma) // Russian Meteorology and Hydrology. Vol. 45. - 2020, № 12. -P. 858-863.
[20] Woo M. Consequences of Climatic Change for Hydrology in Permafrost Zones. Journal of Cold Regions Engineering. Vol. 4. - 1990, № 1. - P. 15-20.
