Введение к работе
Актуальность темы. Проблема комплексного использования ресурсов поверхностных вод для Республики Казахстан, большая часть территории которой находится в зонах засушливого и полумсушлпвото климата, имеет исключительно важное_значе_нис. Подъем и рачпптне различных отраслей народного хозяйства, спя іаниьіч с использованием-полных, ресурсов, в зпачителі-нон мере обусдо! лены наличием научных обобщении, нормативов і! рекомендации гидрологической пауки.
Особое место и обшем перечне проблем и задач, требиоших своего решения и бднжаі'шіее время, занимают попросы исследования и расчета стока с горных территории. Актуальность их определяется следугомшм. По-перпых. большая часть горных районов, обрамляющих Казахстан с востока и юго-востока, но хозяпелвеино-псторнческнм причинам представляла собой зону, слабо использовавшуюся и производстве продукции. Широкое п интенсивное ее освоение характерно для последнего времени; происходит рост населенных пунктом, предприятии промышленности, сельскохозяйственных и животноводческих подразделений, знеріетических предприятий, коммуникационных объектов, з также организация зон отдыха, спортивных сооружений и др. Bo-пторых. нелика рол;, горных районов в водном балансе южных засушливых территории: занимал по плошади лишь пятую часть республики, они дают четыре пятых от обшей величины ее водных ресурсов. Многочисленные и подообильиые горные реки являются основным источником поды для предгорных равнинных областей. В-третьих, общая гидрометеорологическая изученность горных стран, изученность водных ресурсов значительно отстает от темпов развития водопользования. Как.указывалось в решениях конференций, симпозиумов по вопросам горной гидрологии, это проявляется в недостаточном числе пунктов наблюдений за элементами гидрометеорологического режима, в особенности для высокогорных зон, где формирование стока происходит наиболее интенсивно, а резкой неравномерности изученности как по площади, так и по высоте, в кратковременности имеющихся рядов наблюдении, что снижает точность вычисления статистических параметров и т.д.
В теоретическом плане актуальность темы определяется необходимостью совершенствования методов расчета и опенки стока рек при недостаточности или отсутствии данных наблюдений, что особенно важно в последнее время, когда стационарная сеть пунктов наблюдений на реках резко сократилась, а искажения естественного режима хозяйственной деятельностью челопека достигли заметного уровня.
Отдяпая должное исключительному значению научно-прикладных Справочников по водным ресурсам, в то же время следует иметь ввиду, что они содержат итоги исследований и сг.одку представлений о гидрологических закономерностях, выявленных по фактической информации лишь па начало 60-х годов, а анализ принятой методики расчета многих гидрологических характеристик обнаруживает целый ряд недочетов, подлежащих исправлению и уточнению.
1 Іелт.ю настоящей работы является обобщение накопленных материалов по гидрологии горных районов Казахстана, разработка и оценка наиболее соответствующей современному этапу методики расчета основных гидрологических характеристик при недостаточности и отсутствии материалов наблюдений на основе
теоретических исследований, уточнения и выявления природных связей этих характеристик с определяющими факторами. Задачами исследования являлись:
1. Анализ общей картины влияния физико-географических факторов на
расчетные гидрологические характеристики в условиях специфики горных стран.
-
Разработка общетеоретических и региональных положений методики расчета основных гидрологических характеристик: годового, максимального и минимального стока горных рек и его внутри годового распределения. В основу указанного должны быть положены природные связи, освобожденные от принятия формальных решений, приводящих по существу к фактическому огрублению расчетных методов.
-
Оформление отдельных гидролого-статистическнх показателен, используемых в практике расчетоп, в единую систему, позволяющую более обоснованно подходить к конструированию расчетных формул и вынесению практических рекомендаций.
-
Исследование внутренней структуры широко используемой в практике гидрологических расчетов при отсутстпии материалов наблюдений спязи между коэффициентами вариации и нормой стока.
-
Установление и выявление причин, приводящих к образованию пнешией корреляции коэффициентов вариации стока со средней высотой водосборов рек.
-
Исследование возможности районирования горной территории по связям показателей абсолютной удельной изменчивости и асимметричности в распределении годового, минимального и максимального стока со средней взвешенной высотой водосборов.
-
Получение интерполяционных зависимостей для определения показателя асимметричности распределения стокового ряда, исследование причин, приводящих к асимметрии в гидрологических рядах.
-
Составление и исследование балансовых уравнений показателей изменчивости и асимметричности распределений стока, атмосферных осадков и суммарного испарения с водосборов.
-
Разработка методики расчета внутригодового распределения стока неизученных рек на основе гидрогипсометрической классификации'с учетом природпо-поясных особенностей их водосборов, рельефа, доли стока с различных вертикальных поясов, районирования по характеру изменения стока с высотой местности.
Таким образом, в работе необходимо рассмотреть приемы усовершенствования традиционных географо-статистических обобщений и расчетных методов по определению основных гидрологических характеристик стока горных рек.
Предметом защиты является разработанная систематизация гидролого-статистических показателей, использование которой для расчетов стоковых параметров приводит к обновлению методических принципов географо-гидрологического анализа; модульное направление в области гидрологических расчетов при отсутствии материалов наблюдений; гидрогипсометрическая классификация горных рек и предлагаемая на ее основе методика расчета типового внутригодового распределения стока неизученных рек.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Впервые представлена замкнутая система расчетных гидролого-
статистических показателей.
2. Значения коэффициентов вариации и коэффициентов асимметрии выражены
через соответствующие модули (или слои) и дана оценка погрешностей их расчета;
обосновывается необходимость разделения понятий об относительной и абсолютной изменчивости и асимметричности стоковых характеристик.
3. Проанализированы с физической и статистической точек зрения широко используемые в расчетах при отсутствии материалов наблюдений связи коэффициентов вариации стока с нормой стока, что неизбежно приводит к-их некорректности.
~~4~.Глубоко исследованы используемые п горной гидрологии связи
коэффициентов вариации со средней взвешенной высотой водосборов, показана
их вторичность и частичная некорректность. ~
-
Оценена природа и причины асимметричности распределения стоковых рядов.
-
Впервые составлены и исследованы балансовые уравнения изменчивости и асимметричности распределения рядов стока, атмосферных осадков и суммарного испарения, что позволило установить ранее неизвестные природные закономерности.
-
Составлены региональные схемы расчета годового, минимального и максимального стока при отсутствии материалов гидрометрических наблюдений, в основу которых положен новый модульный подход.
-
Теоретически доказано превышение коэффициентов вариации максимального стока над коэффициентами вариации годового стока.
-
Предложена гидрогипсометрическая классификация горных рек, учитывающая вертикальную поясность, гипсометрию водосборов, связь стока с высотой, наибольший вклад поясного стока в общий сток и районирование территории.
-
Рассмотрена и рекомендуется к использованию методика расчета типовых гидрографов месячного стока неизученных рек, основанная на этой классификации.
Наушая значимость работы состоит в теоретическом осмысливании и обобщении имеющихся разработок в области горной гидрологии, что может
стимулировать дальнейшее развитие гидрологических расчетов.
Практическая значимость работы заключается в усовершенствовании и уточнении расчетных методов но основным гидрологическим характеристикам для рационального использования водных ресурсов Республики Казахстан.
Pea л и з а ц и я выполненных и с с л е д о в а н и й. Результаты исследований на различных этапах внедрены и использопаны: в отчетах по теме "Гидрологические основы комплексного использования рек Посточного Казахстана" (і961-64), финансированной Алтайским районным управлением эперюсистем "Алтайліерго"; проектным институтом "Каздорпроект" при проектировании мостовых переходов в бассейне р.Бухтармы и других бассейнах; в отчете по научно-исследовательской теме "Разработка.метода прогноза максимальных расходов поды на реках Чилик и Шарын" (1961) Казахским научно-исследовательским гидрометеорологическим институтом; в отчетах по теме "Влияние реконструкции коллекторно-сбросной сети Каратальской ирригационной системы на режим грунтовых вод" (1974-76) АКО Джамбулского института водного хозяйства; в отчете по теме "Гидрометрические исследования русловых переформирований на р.Иртыш для нормализации технического водоснабжения Ермаконской ГРЭС" (1977)
институтом Энергетики АН КазССР; в отчете по теме "Комплексное натурное исследование процесса пропуска паводковых расходов по пойме на примере р.Иртыша и пределах Павлодарской области "(1978) институтом Энергетики АН КазССР; в отчетах по теме "Разработать рекомендации по совершенствованию расчета гидрологических характеристик малых водотоков с оценкой последствий от превышения расчетных значений (задание проблемы 0.85.06 ГКНТ при СМ СССР)" (1981-84) институтом "Союзводпррект'; вотчете по теме "Изучение и оценка руслового баланса стока рек предгорной равнины в зоне комаїщоваиия канала Чилик-Чсмолган,,(1982) Государственным гидрологическим институтом; в отчете по теме "Разработка и уточнение гидрологических расчетов для обоснования проектирования водохозяйственных мероприятий и сооружений на реках Казахстана (проблема 5.1.7.5 координационного плана АН СССР и Минвуза СССР)" (1990), финансированной Миннаробром КазССР; в отчете по теме "Усопершенствование методов расчета характеристик состояния водных объектов Казахстана с учетом антропогенных воздействий" (1993), финансированной Миннауки и новых технологий РК; п отчетах по темам "Оценка влияния естественных и антропогенных факторов на экосистемы водных объектов Казахстана" (1993) и "Оценка влияния естественных и антропогенных факторов на экологическое состояние водных объектов" (1994), финансированных Институтом географии НАН РК; в отчете по теме ' 'Разработка теории и методов расчета водных ресурсов беосточных бассейнов" (1994, рег.ном.0194 РК 01222), финансированной Миннауки и новых технологий РК.
Результаты исследований использованы в учебном процессе в Казгосуииверситете им.Аль-Фараби по дисциплине "Гидрологические расчеты" и в спецкурсе "Сток рек Казахстана", а также при выполнении курсовых и дипломных работ студентами-гидрологами.
Апробация работы. Отдельные положения и результаты исследований докладывались на: Ш научной конференции Казахского филиала географического общества СССР (1965), заседании Ученого Совета КазНИГМИ (1966), заседании Казахского филиала Географического общества СССР (1967), научных конференциях КазГУ (1967, 1970, 1970, 1971, 1972, 1974, 1977), 1 научно-методической конференции ВУЗов Казахстана по географии (1969), учебно-методических конференциях КазГУ (1973, 1983), Валихановских чтениях КазГУ (1982), 1 и П съездах географов Казахстана (1979, 1985), научном семинаре кафедры гидрологии суши МГУ (Москва, 1980), расширенном заседании кафедры гидрологии суши КазГУ (1984), заседании секции "гидрология суши" научно-методического Совета по высшему гидро-метеорологическому образованию Минвуза СССР (1984), Всесоюзном координационном совещании по проблеме 0.85.06 (Ташкент, 1981), международном симпозиуме (Китай, 1993), научном семинаре кафедры гидрологии суши КазГУ (1994, 1995). Ученом Совете географического факультета КазГУ (1995).
Публикации. Результаты исследований по теме опубликованы в 37 печатных работах, полностью раскрывающих.ее содержание. Общий объем публикаций составляет около 20 печатных листов.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, двух частей, заключения и приложений (часть 1 состоит из 3 глав, часть 2 - из 6 глав). Общий объем диссертации -338 страниц, в т.ч. 268 страниц текста, 40 таблиц, 44 графических иллюстраций. Список литературы включает 337 наименований.