Содержание к диссертации
Введение
Глава 1: Современные подходы к моделированию процессов речного стока на водосборе ..5
1.1 Математические модели формирования стока.5
1.2 Геоинформационные технологии в математическом моделировании .20
1.3 Параметры математических моделей гидрологического цикла на водосборе ,.26
1.4 Краткое описание модели формирования талого и дождевого стока Росгидрометцентра.38
1.5 Ландшафтно-гидрологический подход.46
Глава 2. Природные условия в бассейне р.Москвы ..53
2.1 Физико-географические условия.53
2.2 Гидрологический режим рек .63
Глава 3. Результаты расчётов бокового притока в русловую сеть неурегулированной части бассейна р.Москвы ..72
3.1 Расчет и прогноз бокового притока р.Москвы у п.Рублёво на основе ландшафтно-гидрологического районирования.74
3.2 Моделирование стока для отдельных водосборов .81
3.3 Описание трансформации поступившей в русловую сеть воды.89
Глава 4. Природные условия бассейнов рек Сухоны и Юга ..94
4.1 Физико-географические условия.94
4.2 Гидрологический режим рек . 107
4.3 Гидрографические особенности рек Сухоны и Юга. 124
Глава 5. Ландшафтно-гидрологическое районирование бассейна р.Малой Сев. Двины ..126
Глава 6. Краткосрочный прогноз гидрологических характеристик методом соответственных уровней..149
Глава 7. Краткосрочный прогноз стока р.Сухона и р.Юг по метеоданным на основе математической модели .. 159
Заключение..172
Список литературы..173
- Геоинформационные технологии в математическом моделировании
- Гидрологический режим рек
- Моделирование стока для отдельных водосборов
- Гидрологический режим рек
Введение к работе
Введение.
Моделирование и прогнозирование стока воды с речного водосбора на основе комплексного географического анализа условий его формирования реализовано в работе на примере бассейнов двух рек, имеющих разные площади водосбора и отличающихся гидрологическим режимом. Это бассейн р.Москвы ниже Москворецких водохранилищ и выше п.Рублёво общей площадью 3200км2 и бассейн р.Малой Северной Двины (до п.Медведки), включая бассейны р.Сухоны и р.Юга общей площадью около 85тыс.км2.
Настоящее исследование преследует цель показать необходимость и возможность использования комплексного подхода, основанного на применении современных методов математического моделирования процессов формирования стока воды с речного водосбора, трансформации волн весеннего половодья, дождевых паводков и волн попуска с водохранилищ, методах выпуска и корректировки краткосрочных прогнозов, ландшафтно-гидрологическом районировании исследуемой территории с использованием геоинформационных технологий.
Своеобразный синтез вышеперечисленных методов позволяет не только более полно исследовать закономерности формирования стока в бассейне реки в зависимости от его ландшафтной структуры, но и по-новому взглянуть на решение многих прикладных задач гидрологии, придавая всему исследованию практическую направленность.
Для р.Москвы практическая значимость исследования состоит в разработке схемы расчёта и прогноза бокового притока с незарегулированной части Москворецкого водоисточника (часть территории бассейна р.Москвы ниже Москворецких водохраіщішщ. до п.Рублёво).
Прогноз бокового притока необходим для оптимизации работы водохранилищ:
S по промышленному и коммунально-бытовому водоснабжению г.Москвы;
S по организации волн попусков для разбавления возможных аварийных
сбросов загрязняющих веществ в речную сеть бассейна;
S по организации санитарных сбросов для промывки руслового тракта
р.Москвы.
Реализация поставленной цели выполнялась в рамках решения следующих задач:
районирование территории водосбора по условиям формирования стока;
выбор рек-аналогов для каждого района;
определение параметров модели и расчёт или прогноз стока с частных гидрометрически изученных водосборов;
обоснованный перенос полученных данных на неизученную территорию и прогноз бокового притока;
Введение
5) прогноз стока воды с незарегулированной части бассейна р. Москвы у
п. Рублёво.
Для бассейна р.Малой Северной Двины прикладное значение исследования состоит в разработке схемы прогноза стока воды для снижения возможного экологического и экономического ущерба в результате наводнений в г.Великий Устюг и его окрестностях во время весеннего половодья.
Реализация поставленной цели выполнялась в рамках решения следующих задач:
районирование территории водосбора по условиям формирования стока - в основном, по условиям весеннего половодья;
обоснование возможности использования математической модели для расчёта и прогноза стока воды в бассейнах рек Сухоны, Лузы и Юга;
создание базы гидрометеорологических данных и выбор метеостанций, репрезентативных для определения средних значений метеоэлементов каждого частного водосбора;
определение параметров и выполнение контрольных расчётов и прогнозов по модели;
разработка и проверка алгоритма корректировки прогноза за счёт учёта информации, характеризующей состояние водного объекта в момент выпуска прогноза (начальные условия);
прогноз расходов воды у д.Каликино, и определение по ним значений расходов и уровней воды у г. Великий Устюг;
прогноз расходов воды нар. Юг с замыкающим створом у д.Гаврино.
В условиях сокращения сети станций гидрометеорологических наблюдений с одной стороны и растущей антропогенной нагрузки на речные бассейны с другой стороны, изучение и прогнозирование речного стока при помощи классических методов заметно усложняется. Поэтому приходится использовать косвенные методы и искать новые эмпирические связи между стоком реки и факторами его обуславливающими. В связи с этим хочется отметить всю ценность материалов полевых исследований Подмосковной водно-балансовой станции, фондовых материалов и данных полевых наблюдений географического факультета МГУ, в частности, кафедры гидрологии суши и лаборатории эрозии почв и русловых процессов, метеоданных, предоставленных Всероссийским научно-исследовательским институтом гидрометеорологической информации (г.Обнинск). Автор диссертации благодарит вышеперечисленные организации за сотрудничество и предоставленные материалы наблюдений. Автор выражает искреннюю
Введение
благодарность своему научному руководителю В.А.Жуку, который многие годы вдохновлял на занятие наукой и направлял работу над диссертацией в правильное русло, Н.Л.Фроловой за поддержку и практическую помощь в работе с моделью, Н.И.Алексеевскому за ценные научные и жизненные советы, Л.С.Евсеевой за помощь в сборе данных гидрометеорологических наблюдений, С.И.Гаррисону за участие и техническую поддержку. Автор также благодарен сотрудникам кафедры: В.М.Евстигнееву, А.В.Христофорову, К.К.Эделыптейну, В.Н.Михайлову, высказавшим ценные замечания по структуре и сути самой работы. Также хочется поблагодарить и всех других сотрудников кафедры гидрологии суши, у которых автор обучался все годы пребывания в Университете. Отдельная благодарность Инне Крыленко, Ксении Хатовой, Валере Иванову за предоставление материалов, использовавшихся в ходе выполнения данной работы.
Геоинформационные технологии в математическом моделировании
Данный подход является, пожалуй, одним из наиболее динамично развивающихся в настоящее время. Большое количество зарубежной литературы посвящено использованию геоинформационных систем при моделировании процессов формирования речного стока. Всё чаще встречаются и разработки отечественных учёных в этой области [Бельчиков и др., 2001].
Геоинформационные системы (ГИС) могут быть определены как системы технического и программного обеспечения, позволяющие пользователю вводить, хранить, манипулировать, анализировать и выводить на экран географические данные (карты и снимки) [Кошкарёв, Тикунов, 1993; Берляндт,1996; GIS Modules ..., 1999].
В работе [Barbera Р. и др., 1993] отмечается, что ориентированные на гидрологию ГИС должны быть в состоянии хранить, перераспределять и выводить на дисплей геоморфологическую информацию, определяющую ландшафтную структуру бассейна. В итоге это должно привести к целому ряду действенных инструментов, ориентированных на решение гидрологических задач. Сегодня развитие компьютерной техники позволяет анализировать огромное количество пространственной информации, используя возможности ГИС. Знание ландшафтной топографии, основанное на цифровой модели местности (DEM - Digital Elevation Model), является основой для целого ряда автоматических процедур, позволяющих вычленять структуры русловой сети в требуемом масштабе, и даёт основу гидрологическому моделированию.
Цифровая модель местности представляет собой цифровое изображение земной поверхности в каждом узле регулярной координатной сетки, которое может быть получено, главным образом, по стереопарам, стереоснимкам со спутников или интерполяцией оцифрованных высотных отметок топографических карт. Здесь следует отметить, что рельеф играет важную роль в распределении тепла и влаги в природном ландшафте. Примерами могут служить поверхностный сток, испарение, инфильтрация, тепловой обмен - всё это гидрологические процессы на границе земля-атмосфера. Количественная оценка этих процессов зависит от конфигурации земной поверхности. Таким образом, знание топографии ландшафта является важнейшим требованием на входе гидрологических моделей [Mourad В.,1996].
Цифровые модели местности визуализируются при помощи ГИС и являются хорошей альтернативой полевых исследований и ручной обработки топографических карт. Такие особенности территории как уклон, густота речной сети, длина русла, площадь водосбора могут быть надёжно определены даже для больших водосборов [Калинин, Пьянков, 2000].
В работе [A.Ross и др., 1993] даются предпосылки того, что использование геоинформационных технологий в гидрологическом моделировании значительно увеличивает детальность даваемых оценок, сводит к минимуму субъективное мнение пользователя и уменьшает стоимость анализа благодаря значительному снижению временных затрат. Авторами выделяется несколько функциональных возможностей ГИС применительно к гидрологическому моделированию: S ГИС выполняет сложное наложение картографических слоев и пространственный анализ на входе гидрологической модели, S обеспечивает связь между моделями с различной пространственной структурой данных, S обеспечивает преобразование цифровых карт различных масштабов и проекций к стандартному виду, S выводит на экран графические данные (на выходе модели) и дает возможность проводить пространственный анализ для оценки результатов имитационных расчётов. После того как все карты приведены к одинаковой проекции и масштабу, следующей задачей ГИС является определение средних условий для выделяемых подбассейнов, например, типов почв, характера использования земель, среднего уклона и других характеристик. После этого путём анализа и сравнения осреднённых данных, используя физико-математические связи, определяются искомые для данного участка параметры, например, коэффициенты инфильтрации, входящие в тот или иной блок модели.
В работе [E.Vieux и др., 1992] отмечается, что использование ГИС эффективно лишь тогда, когда одна и та же информация задействована неоднократно. В противном случае преимущества модели не оправдывают труд, вложенный в оцифровку данных, построение и поддержание баз данных.
Другая попытка классификации использования ГИС при гидрологическом моделировании приводится в работе [Brilly М. и др., 1993]. Авторы выделяют следующие направления использования ГИС:S определение гидрологических параметров,S комбинирование гидрологических моделей и ГИС (здесь помимо определения параметров ГИС используется для представления результатов пространственного анализа в виде информационных слоев на выходах гидрологических моделей),S встроенные в ГИС гидрологические модели.
Определение гидрологических параметров математических моделей формирования стока на водосборе является, пожалуй, наиболее эффективной областью использования ГИС в гидрологии в настоящее время [GIS Modules...., 1999].
В последней группе гидрологическая модель является составной частью ГИС и использует её" вычислительный язык для проведения гидрологических анализов. Эта категория наиболее ограничена, т.к. в настоящее время ГИС всё ещё не может работать с четвёртой координатой — временем, что необходимо для реализации большинства гидрологических моделей. Возможно, что неспособность современных ГИС к моделированию временной изменчивости является основным их ограничением.
Как пишет в своей работе Г.А.Шульц [Shultz G., 1996] за последние десять лет в гидрологическом моделировании существенно выросло значение спутниковой информации и геоинформационных систем. Дело в том, что способность спутниковых систем давать пространственное распределение гидрологических переменных, по сути своей уникальна. Кроме того, спутниковые данные имеют растровый формат, что облегчает их читаемость геоинформационными системами. Автор раскрывает условия эффективности использования данных, полученных дистанционным путём, в приложении к гидрологическому моделированию. Ключ к ответу на этот вопрос лежит:S в пространственном и временном разрешении природных гидрологических систем и процессов,S в пространственном и временном разрешении математической модели, которая описывает систему или процесс,
Гидрологический режим рек
Общие сведения. Водный режим р.Москвы на участке от Можайского гидроузла до Рублёвской водопроводной станции в современных условиях определяется как работой водохранилищ Москворецкой водной системы, так и стоком с неконтролируемой водохранилищами части водосбора.
Режим уровней р.Москвы характеризуется четко выраженным высоким весенним половодьем, низкой летней меженью, прерьшаемои дождевыми паводками, и устойчивой продолжительной зимней меженью.
Основной (до 65%) объём стока на р.Москве и её притоках формируется весной, преимущественно в апреле. До сооружения водохранилищ по реке Москве на пике половодья в среднем проходило до 11Q0 м /с, а в большое половодье - до 3000 м /с. Колоссальное количество воды весной часто вызывало значительные наводнения в низкой левобережной части. С помощью отметок, оставленных на старинных московских зданиях, установлено, что в районе Кремля в 1788 г. вода поднималась на 7,5 м, а в 1806 г. - на 7,7 м, в 1856 - на 8,3 м. Большие половодья в Москве были также в 1926, 1931, и 1947 гг., но самое бедственное отмечено в 1908 г. На водосборе р.Москвы, от верховья реки до РВС, созданы четыре водохранилища - Можайское, Рузское, Озернинское и Истринское - с общим полезным объёмом 749 млн. м (табл 2.3). Зарегулированность стока на этом участке реки около 80%; водосборная площадь 7,2 тыс. км .
Управление..., 1993]. Величина сбросов воды из водохранилищ назначается с учетом прогноза боковой приточности с частного водосбора на ближайший отрезок времени. При этом сбросы должны быть не меньше санитарных расходов для каждого водохранилища, в частности, для Можайского - 1,5 м3/с).
Можайское водохранилище служит наиболее значительным регулятором стока Москворецкой гидротехнической системы. Сток из него составляет около трети объёма стока всех москворецких водохранилищ в летне-осенний и зимний периоды.
Динамика уровней резко изменилась после введения в строй четырех москворецких водохранилищ, заполняемых до проектных отметок в период весеннего половодья и дождевых паводков. В настоящее время даже при самых неблагоприятных гидрометеорологических условиях расход воды в р.Москве с повторяемостью 5 раз в 100 лет в период половодья не превысит 1260 м /с, что исключает угрозу наводнения.
При всём разнообразии характера колебаний уровней воды в отдельные годы для Москвы-реки можно различать два основных типа годового хода уровней. Первый тип, являющийся более простым, характеризуется наличием одной паводочной волны снегового половодья весной, а затем низким и сравнительно устойчивым ходом уровней в течение всей остальной части года.
Второй тип является наиболее сложным и более разнообразным, а также и наиболее часто наблюдающимся. Он характеризуется наличием (помимо пика паводка от снеговых вод) большим или меньшим числом дождевых паводков, которые в исключительные годы могут дать подъёмы уровня воды на большую высоту, чем в период весеннего половодья (рис.2.6). Весеннее половодье. Согласно детальным исследованиям условий формирования стока на экспериментальных водосборах Подмосковной воднобалансовой станции выявлены основные факторы формирования весеннего стока [Субботин, 1991; Многолетние..., 1982]. К ним относятся максимальные запасы воды в снежном покрове, осадки в период весеннего половодья, глубины промерзания почвы и величины осеннего увлажнения водосбора. Подъём уровня воды во время половодья происходит быстро и интенсивно; продолжительность его составляет в среднем одну треть общей продолжительности половодья. Интенсивность подъёма уровня определяется объёмом весеннего стока, погодными условиями и степенью зарегулированности стока. В годы с высокими половодьями интенсивность подъёма уровня, как правило, больше, чем в годы с низкими половодьями. Спад весеннего половодья происходит менее интенсивно, чем подъём, быстрое падение уровня воды наблюдается только в первые дни после пика, а затем интенсивность спада уменьшается. Сведения о средней и наибольшей интенсивности подъёма и спада уровней для р.Москвы - г.Звенигород за конкретные годы с высоким и низким половодьем приведены в таблице 2.4. Наивысшие уровни весеннего половодья на р.Москве в среднем наступают в первой декаде апреля. Крайние сроки наступления наивысших уровней наблюдаются соответственно в годы с ранними и поздними датами начала половодья. Как правило, наивысшие уровни весеннего половодья являются наивысшими в году. Для Москвы-реки характерно сосредоточенное весеннее половодье, продолжительностью 30-45 дней. При высоких подъёмах уровня в период весеннего половодья полностью или частично затопляются поймы. В зависимости от морфометрических характеристик русла и высоты поймы затопление может происходить ежегодно или только в годы с высоким половодьем. Продолжительность затопления пойм во время весеннего половодья изменяется от нескольких дней до 1-1,5 месяцев. В летне-осенний период поймы затопляются исключительно редко. Уровни реки ниже гидроузлов определяются теперь размерами попусков, а в бьефах плотин установленным для них режимом уровней. Около половины стока половодья в современных условиях используется на наполнение водохранилищ. Ниже Можайского гидроузла половодье на р.Москве наблюдается только в годы высокой водности. В створе Рублёвского гидроузла половодье Глава 2. Природные условия в бассейне р.Москвы. наблюдается практически ежегодно, однако расходы воды в этот период лишь в 1,2-2 раза выше меженных расходов воды. Судя по графикам, представленным на рис. 2.7 и рис. 2.8, за достаточно большой период наблюдений явной тенденции к изменению во времени основных характеристик, определяющих величины весеннего стока, не обнаружено, но сами слои стока со временем сильно изменились, что связано со строительством Москворецких водохранилищ.
На рис. 2.7 отчетливо видно, что слой весеннего стока р.Москвы у с.Барсуки (выше Можайского водохранилища) заметно выше весеннего стока у г.Звенигорода, особенно после введения в строй всех трех водохранилищ Можайского - 1960 г, Рузского - в 1966 г и Озернинского - в 1967 г).
Совмещенные графики многолетнего хода величин весеннего стока р.Москвы у г.Звенигорода и р.Истры у с.Павловская Слобода (рис.2.7) очень наглядно демонстрируют регулирующее влияние водохранилищ.
В частности, до 1935 года величины слоя стока на р.Москве и р.Истре были одинаковыми. После сооружения Истринского г/у, вплоть до начала 60-х годов, весенний сток у г.Звенигорода был заметно выше, но со строительством водохранилищ в верхней части р.Москвы сток рек с 1967 года снова сравнялся.
Моделирование стока для отдельных водосборов
Прогнозирование бокового притока с незарегулированной части бассейна р.Москвы осуществляется отдельно для каждого из трёх выделенных частных водосборов. По сути, это означает, что концептуальная модель формирования стока применяется в трёх самостоятельных вариантах. Каждый вариант должен быть сформулирован в рамках используемой модели. При этом неизбежны ограничения, накладываемые на особенности речных бассейнов, для которых эта модель будет давать устойчивые результаты. Под устойчивостью здесь понимается способность модели при одних и тех же задаваемых параметрах описывать гидрографы за годы различной водности. Дело в том, что используемая в работе модель, по мнению её авторов, хорошо описывает сток с водосборов, имеющихплощади порядка 5-10 тыс. км . Здесь же мы имеем дело с водосборами, площади которых гораздо меньше приведённых (начиная с 10 км2), что приводит к большой параметров модели, которая в свою очередь приводит к большим ошибкам при проведении расчётов или прогнозов по ней. В то же время размеры частных водосборов определяются гидрометрической изученностью исследуемой территории и степенью зарегулированности стока. Моделирование стока с бассейнов с частичным регулированием предполагает учёт попусков с водохранилищ. Попытка решения такой задачи была предпринята для р.Истры у с.Павловская Слобода, т.к. в этом створе имеются гидрометрические наблюдения, и выше него расположено всего лишь одно водохранилище.
Рис.3.9: Совмещённый график расходов воды р.Истра (П.Слобода) и сбросов Истринского гидроузла.
Так как время добегания от Истринского гидроузла до данного створа невелико и составляетвсего1-2 суток, то можно предположить, что при вычитании суточных величин попусков гидроузла из измеренных в с.Павловская Слобода расходов, мы получаем расходы, определяющие боковой приток р.Истры с части бассейна от гидроузла до створа в Павловской Слободе. Площадь этой части бассейна составляет 940км , т.е. она заметно больше водосбора р. Малой Истры у с.Киселёво (280 км ). Рисунок 3.9 демонстрирует вклад сбросов Истринского гидроузла в гидрограф стока р.Истры (п.Павловская Слобода).
При прогнозах и расчётах по модели использовались в основном данные трёх метеостанций. Нужно подчеркнуть, что необходимая для расчётов и прогнозов информация бывает, как правило, труднодоступна, в рядах имеются пропуски. Данные по метеостанции в г.Можайске использовались для расчётов расходов воды р.Исконы (с.Новинки), хотя эта метеостанция находится вне территории этого водосбора. Для р.Медвенки была использована метеоинформация по метеостанции в с.Большое Сареево, расположенном на терри тории водосбора. Для расчётов по р.Истра использовались осреднённые данные об осадках и температуре воздуха по станциям Новый Иерусалим и Большое Сареево, а дефицит влажности взят по метеостанции Большое Сареево и г.Москве (метеостанция на территории МГУ). При наличии пропусков на перечисленных станциях привлекались данные с метеостанций, расположенных вне рассматриваемой территории: в г.Москве, г.Клину, г.Волоколамске, г.Дмитрове и д.Сычёвке.
Кроме сведений о суточных значениях температуры, дефицита влажности воздуха и осадках на ближайших к водосборам метеорологических станциях, использовались специальные сведения о максимальных запасах воды в снежном покрове на полевых и лесных частях водосборов, а также о влажности почвы по данным наблюдений на экспериментальных бассейнах Подмосковной воднобалансовой станции (с. Б.Сареево).
Начальные и граничные значения оптимизируемых параметров задавались согласно рекомендациям, приведенным в [Корень, Бельчиков, Методические указания ...]. Для их оптимизации использовались ряды данных различной длины (от одного года до пяти лет), выборки включали годы, разные по водности. Большее внимание при подборе параметров уделялось вариантам оптимизации, включавшим несколько лет, так как опыт использования модели показывает, что именно таким способом можно получить осреднённые значения параметров, пригодные для расчета расходов воды в годы, разные по условиям формирования стока Дата начала снеготаяния определялась на день устойчивого перехода температуры воздуха через 0 С в область положительных значений. При расчете расходов за весь гидрологический цикл за дату начала расчета принималось 1-е августа и рас-сматривался период с 1-го августа предшествующего года по 31-е июля текущего года. При расчете стока за весь гидрологический цикл в качестве косвенного показателя увлажнения почвы использовалось значение среднего расхода за предшествующий началу расчёта месяц. При расчете расходов за меженный период с дождевыми паводками использовались значения среднего расхода за последние две недели месяца, предшествующему началу расчёта, так как в первые две недели мая на спаде половодья наблюдаются повышенные расходы воды. Пики дождевых паводков при вычислении величины среднего расхода срезались.р.Истра (п.Павловская Слобода). Оценка параметров и проверка эффективности модели проводились для периода: с 1984г. по 1994г. Все годы были разбиты на две разные по водности группы лет. Для каждой группы методом оптимизации были определены параметры модели и выполнены контрольные расчеты на независимом материале. В качестве иллюстрации приведены примеры на рисунках 3.10 и 3.11.
Согласно рис.3.10, рассчитанные значения расходов за период половодья июльский дождевой паводок 1986г., сформированный значительными осадками (75мм/сутки), хорошо соответствуют фактическим значениям бокового притока. Причём, удовлетворительное решение дают оба набора параметров модели (1) и (2). В меженный период рассчитанные гидрографы имеют более плавные очертания, чем гидрографы, полученные вычитанием величин сбросов Истринского гидроузла из величин расходов, измеренных у п.Павловская Слобода. В целом расходы весеннего половодья моделируются значительно лучше расходов в меженные периоды. Заметные различия вычисленных и фактических расходов характерны для предзимья.
В период появления первых ледовых явлений резко повышается вероятность ошибок определения расходов воды по измеренным уровням воды на посту. И именно этим, вероятнее всего, объясняются резкие колебания расходов, вычисленных как разница между измеренными расходами у п.Павловская Слобода и попусками с водохранилища.
В отдельных случаях рассчитанные по второму варианту набора параметров значения расходов воды в период дождевых паводков несколько лучше соответствуют фактическим значениям. Наоборот, в период весеннего половодья расчёт по второму набору параметров менее точен по сравнению с первым вариантом. В целом же рассчитанные значения стока по обоим наборам параметров модели мало отличаются друг от друга, и поэтому величины параметров можно просто осреднить.р.Искона (д.Новинки). Для оптимизации параметров модели и проведения контрольных расчётов были использованы данные за 1979-1986 годы, так как за эти годы имелась наиболее полная информация о расходах воды и метеорологические данные..
Гидрологический режим рек
Режим уровней. Режим уровней рек в бассейне Сухоны и Юга характеризуется хорошо выраженным максимумом весной и низкими отметками в период летней и зимней межени. Величина и интенсивность подъёма во многом зависит от площади водосбора реки. На малых водотоках внутригодовые колебания уровня выражены резче, чем на средних и больших реках. При площади водосбора менее 300 км , весеннее повышение уровней достигает 1,5-2,5 м. Интенсивность подъёма и спада уровней на таких реках колеблется от 20 до 70-90 см/сут. На средних реках подъём уровня в годы с высоким половодьем достигает 3,5-7,0 м, в маловодные годы он бывает в 2-4 раза меньше. Интенсивность подъёма уровня изменяется в широких пределах от 20-40 до 80-150 см/сут. Интенсивность спада равна 20-80 см/сут. На больших реках высота паводочной волны в многоводные годы составляет 7-12 м, в маловодные - 3-8 м. Интенсивность повышения уровней достигает 200-350 см/сут. На многих реках в период весеннего половодьяотмечаются колебания уровня, связанные с заторами. С ними связаны затопления населённых пунктов, отдельных хозяйственных объектов. В период весеннего ледохода при уровнях, превышающих критические, создается угроза повреждения судов в затонах. С низкими уровнями связано нарушение нормальных условий судоходства из-за обмеления перекатов. Затоплению подвержено относительно мало населенных пунктов. Наиболее значительный ущерб приносят затопления г.Вологда и г.Великий Устюг. Происходят они не ежегодно. Затапливается территория городской застройки и пригороды, расположенные на наиболее пониженных участках в поймах рек. Так в г.Великий Устюг затапливается около половины площади застройки города, часть территории судоремонтного завода и ближайшие деревни.
В начале весеннего половодья наблюдаются колебания уровня воды, обусловленные изменением температуры воздуха во время снеготаяния. Изменение уровня воды в этом случае зависит от размера речного бассейна, а также от типа синоптической обстановки в весенний период. В летне-осенний период режим уровней воды является функцией суммы выпадающих осадков и их продолжительности. В засушливые годы низкие уровни воды в реках удерживаются в течение 3-4, а на малых реках — 5-5,5 месяцев. В годы с большим количеством осадков продолжительность периода низких уровней сокращается на средних и крупных реках до 0,5-1,0 месяца. На малых реках длительность межени в такие годы не бывает менее 1,5 месяца.
Дождевые паводки, летом обычно одиночные, осенью проходят сериями. Чаще отмечаются 1-4 паводка продолжительностью каждый 1-2 недели. При серии паводков общая продолжительность паводочного периода может достигать 5-6 недель и больше. Вызываемые ими подъёмы уровня составляют от 0,3-0,5 до 1,0-1,5 м и более. Наивысшие уровни при паводках на большинстве рек в два-три раза ниже весенних, но на малых водотоках они меньше отличаются от наивысших уровней половодья.
Наиболее низкие уровни обычно бывают в августе. Время летне-осеннего минимума уровней р.Сухоны при большой зарегулированности проточным Кубенским озером смещается на сентябрь. Минимальные летние уровни, мало отличаются от зимних.
Непериодические колебания уровня воды в летне-осеннюю межень, связанные с режимом ветровых сгонов и нагонов, характерны для значительного участка р.Вологдьд, связанного с Кубенским озером.
Зимняя межень начинается с первыми ледовыми явлениями и оканчивается с началом весеннего подъёма, еще до вскрытия реки. До начала ледостава уровни низкие, и обычно они являются минимальными за зимний период.
С образованием ледяного покрова возникает постоянный подпор, усиливающийся в течение зимы. В суровые малоснежные зимы на большинстве средних и больших рек уровни при зажорах повышаются на 0,3-0,5 м и более, вода выходит на лед, образуя местами наледи. На порожистых участках рек, на которых из-за несплошного ледяного покрова образуется большое количество шуги, почти ежегодно возникают зажорные подъёмы уровня воды высотой до 0,5-1,0 м и более, нередко удерживающиеся до конца зимы. На большинстве рек рассматриваемого района со средними площадями водосборов уровни с января до конца межени низкие и устойчивые. На зимний режим уровней малых рек некоторое влияние оказывают процессы проседания и обвал ледяного покрова.
Годовой сток. Годовой сток на р.Сухоне начал измеряться с 1880 г. в пунктах Рабаньга и Камчуга. Анализ разностной интегральной кривой модульных коэффициентов годового стока р.Сухоны за 87 лет показывает, что законченный цикл колебаний водности, включающий продолжительные маловодные и многоводные фазы, составляет не менее 60 лет [Ресурсы..., 1972, Кичигин, 1993].
