Содержание к диссертации
Введение
1. Распространение заторных явлений на реках России и СНГ 8
2. История изучения процессов образования заторов 25
3. Закономерности образования заторов на реках и методы их мониторинга 29 3.1.Причины, условия и места образования заторов 29
3.2. Механизм образования заторов и факторы формирования максимальных заторных уровней 34
3.3.Мето дика стандартных и полевых наблюдений за заторами 40
3.4.Моделирование заторов 44
3.5.Методы расчета максимальных уровней воды выше заторов 53
4. Определение параметров заторов по обобщенным графикам уровней воды 58
4.1 .Теоретические предпосылки использования решений уравнений Сен-Венана для оценки хода уровней воды в реке при заторе льда 58
4.2. Методика определения местоположения заторов льда путем отслеживания их динамики по данным наблюдений за уровнями воды на гидрологических постах, расположенных вдоль реки 62
4.3. Примеры определения мест образования заторов и их параметров по графикам изменения уровней по длине реки 68
5. Риск заторных наводнений 86
5.1. Понятия опасности и риска наводнений 86
5.2. Оценка риска затопления прибрежных территорий на реках России при заторах льда в настоящем и будущем 90
5.3. Методика определения максимальных уровней воды на затопляемых при заторах льда прибрежных территориях и риска заторных наводнений на участках рек, не освещенных режимными гидрологическими наблюдениями за уровнем воды 97
Заключение 112
Список литературы 115
- История изучения процессов образования заторов
- Механизм образования заторов и факторы формирования максимальных заторных уровней
- Методика определения местоположения заторов льда путем отслеживания их динамики по данным наблюдений за уровнями воды на гидрологических постах, расположенных вдоль реки
- Оценка риска затопления прибрежных территорий на реках России при заторах льда в настоящем и будущем
Введение к работе
Актуальность темы. Заторы льда - явление характерное для большинства рек России. Быстрые и значительные подъемы уровней, возникающие выше заторов, часто намного превосходят максимальные уровни весенних половодий и дождевых паводков и создают чрезвычайные ситуации для прибрежных территорий рек. Поэтому вопросы мониторинга и оценки риска наводнений, вызванных заторами, для снижения их негативных последствий стоят достаточно остро, особенно в связи с освоением северных территорий страны.
Цель исследований состояла в выявлении закономерностей формирования наводнений, обусловленных заторами льда, разработке методики отслеживания по данным наблюдений за уровнем воды на гидрологических постах мест образования заторов в процессе вскрытия реки, а также методики оценки гидрологической составляющей риска заторных наводнений.
Для достижения намеченной цели решены следующие задачи:
по данным многолетних наблюдений за уровнями воды, а также о
морфометрических характеристиках русла и поймы в гидрометрических створах,
установлены основные факторы, определяющие пространственно-временные
масштабы затопления прибрежных территорий при заторных наводнениях на реках
России;
составлен каталог уровенных характеристик затопления пойм средних и больших рек России при заторах льда;
построена карта-схема и выполнен анализ распространения превышения максимального заторного уровня воды 1%-ной обеспеченности над уровнем поймы на средних и больших реках России;
разработана методика определения местоположения затора льда на речном участке и оценки зон затопления прибрежных территорий путем отслеживания динамики процесса заторообразования по данным наблюдений за уровнями воды на стационарных и временных гидрологических постах, расположенных вдоль реки;
построена карта-схема распространения на средних и больших реках России индекса потенциального риска заторных наводнений;
разработан способ расчета глубины затопления поймы 1% вероятности
превышения для участков рек, не охваченных наблюдениями за уровнем воды.
Методологической основой выполненных исследований является комплексный гидролого-географический анализ и статистические приемы выявления расчетных зависимостей.
Научная новизна. В результате исследований впервые
создан каталог и построены карты уровенных характеристик затопления при заторах льда пойм средних и больших рек России;
установлены географические закономерности распространения на реках России превышения заторного уровня 1%-ной обеспеченности над поймой и потенциального ущерба от заторных наводнений;
разработана методика определения места образования затора льда;
разработана методика расчета превышения заторного уровня 1%-ной обеспеченности над поймой на участках рек, не освещенных данными многолетних гидрологических наблюдений.
Достоверность результатов исследований обусловлена использованием метрологически обеспеченных данных многолетних наблюдений за уровнями воды гидрологических постов Росгидромета, а также использованием общепризнанных и проверенных многими исследователями методологических принципов речной гидравлики и математической статистики. На защиту выносятся
выявленные географические закономерности распространения заторных наводнений;
методика мониторинга процесса заторообразовния;
способ оценки гидрологических составляющих риска затопления прибрежных территорий при заторных наводнениях на участках рек, не охваченных гидрологическими наблюдениями.
Практическая значимость работы. Предлагаемая методика мониторинга процесса заторообразования позволяет определить местоположение головы затора, что важно при борьбе с затором, а также проследить её продвижение вниз по реке без использования авиаразведок. Использование методики определения потенциального риска заторных наводнений на проблемных участках рек будет способствовать рациональному хозяйственному использованию прибрежных
территорий и надежной оценке рисков от затопления при страховании хозяйственных объектов на этих территориях.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на Международном симпозиуме по льду (Санкт-Петербург, 2004), VI Всероссийском гидрологическом съезде (Санкт-Петербург, 2004), конференциях молодых специалистов Росгидромета (Москва, 2007, 2008), научно - практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (Санкт-Петербург, 2008), на итоговых сессиях Ученого совета ГУ «ГГИ» (Санкт-Петербург, 2007, 2008), научной конференции, посвященной 175-летию Гидрометслужбы России (Москва, 2009).
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 105 наименований. Полный объем диссертации составляет 141 страницу, включая 30 рисунков и 7 таблиц.
История изучения процессов образования заторов
Систематическое изучение ледового режима рек России началось с организации постоянно действующей сети водомерных постов в 80 — 90 годы девятнадцатого века. К этому периоду относятся первые географические обобщения ледовых явлений - карты средних сроков начала ледостава и весеннего ледохода, составленные М.А. Рыкачевым [79], В.Б. Шостаковичем [89]. Первые научные исследования образования заторов связаны с работами Е.В.Близняка [11] при изучении ледового режима Енисея в 1908, 1910-1912 годах. В 1922 году заторам были посвящены исследования Е. И. Иогансон [44] на р. Волхов, несколько позже работы Ф.И. Быдина [27] при изучении ледового режима рек Волхов и Свирь. Авторы отмечали многофакторность и сложность процессов образования заторов на реках. Более полная характеристика ледовых заторов была дана М.А. Великановым [29] в 1948 году, при обобщении существующих к тому времени данных о заторах льда на реках СССР.
В середине XX века в изучении заторов преобладают работы, которые носят главным образом описательный характер. Это работы И.Л. Лисера [57-61], М. К. Федорова [85], Л.Г. Шуляковского [91], Л.И Марусенко [63]. В этих работах были сформированы представления об общих условиях, необходимых для возникновения заторов на реках. В работах В.Н. Карновича [46], В.П.Берденникова [6,7] достаточно детально на материалах наблюдений были рассмотрены вопросы динамики весенних ледоходов и образования заторов льда. В конце 60-х годов прошлого века усилиями большого числа специалистов Государственного гидрологического института и управлений Гидрометслужбы был создан «Каталог заторных и зажорных участков рек СССР» [49,50], в котором довольно полно представлены характеристики участков рек, на которых образуются заторы и отмечаются подъемы уровней воды при формировании заторов. В работах Р.В. Донченко [39,40] были представлены карты — схемы распространения заторов на реках Советского Союза и выявлены закономерности формирования заторов и зажоров на реках, протекающих в различных природных зонах.
К концу 60х годов в работах Е. Г. Попова [74], А.С. Руднева [78], А.Н. Чижова [88], Ю.А. Деева и А.Ф. Попова [37] были созданы основы классификации и типизации заторов. В этот период в исследованиях заторных явлений на реках отмечается переход от обобщения описательных представлений о процессе образования заторов к определению их количественных характеристик по натурным наблюдениям и в лабораторных условиях. В частности, В.П. Берденниковым были разработаны методологические основы и выполнены опыты по изучению условий образования заторов при торошении льдин, установлены закономерности распределения толщины затора по длине заторного участка [6,7,8,9]. В.Н.Синотиным и З.А.Генкиным [80] изучался процесс формирования заторов при подныривании льдин под кромку ледяного покрова, установлена зависимость критической скорости вовлечения льдин под преграду от преобладающего их размера. Модельные исследования А.М.Филиппова [86] показали, что кроме размеров льдин надо учитывать и толщину препятствия. В работах Г.И. Болотникова [12-14] представлены критерии подобия и методика моделирования заторов льда на гидравлических моделях речных русел, что позволяет оценить влияние морфологического фактора русла на процесс формирования заторов. Теоретические представления о механизме образования заторов нашли своё выражение в моделях заторов, созданных В.П.Берденниковым [8], Д.Ф. Панфиловым [72,73], Б.В.Проскуряковым. [76,77], В.А. Бузиным [19,22] и других авторов. В большинстве моделей принимается, что раздробленный лед подчиняется законам теории сыпучих сред, а устойчивость скопления льда рассматривается в зависимости от соотношения сил, действующих в направлении течения реки и сил скрепления льдин с берегами. Теоретические модели формирования заторов не нашли широкого применения в практике расчетов и прогнозов заторных уровней воды из-за сложности, а зачастую и невозможности определения параметров этих моделей.
Большой вклад в развитие методов расчета и прогноза заторных уровней воды внесли Р.А. Нежиховский [68], Р.В. Донченко [39,40], В.А. Бузин [16-25], М. А. Жукова [43], В.В. Кильмянинов [51-54].
В настоящее время для расчета максимальных уровней воды при образовании заторов льда в руслах рек применяются в основном общие для группы рек эмпирические зависимости, установленные по данным наблюдений на сети гидрологических постов Росгидромета. Как правило, общие зависимости обусловлены подобием условий вскрытия рек и гидрологической аналогичностью рек. При использовании этих зависимостей в прогнозах основная проблема возникает при определении местоположения скопления льда в конкретный год относительно расчетного створа. Местоположение головы затора на заторных участках рек от года к году может изменяться, это значительно затрудняет прогнозирование развития заторов по данным конкретного гидрологического поста. Для каждого года при образовании заторов в период ледохода на реке необходимо установить расстояние от поста наблюдений, на котором образуется затор, т. е. место формирования головы затора. Эта задача всегда трудно решаема.
Прогнозирование максимальных заторных уровней для участков рек с постоянным местом формирования заторов, как правило, выполняется по локальным эмпирическим зависимостям. Первая локальная методика прогноза заторных уровней была предложена Л.Г. Шуляковским и В.И. Еременой [90]. Позже Лиссер И. Я. [57-61] предложил методику прогноза заторных уровней для ряда рек Сибири (Енисей, Обь и др.). Р. А. Нежиховский предложил методики прогноза заторных уровней для рек Великая, Неман, Северная Двина [68,69]. В.А. Бузин разработал методы прогноза и расчета заторных уровней для рек Лена, Уссури, Северной и Западной Двины, Верхнего Амура, Днестра и др.[19,20,25]; В.Н. Карнович - для р. Ангары, р. Днестр, р. Северной Двины [46,47]; В.В. Кильяминов- для рек Якутии [52,53]. В настоящее время в системе Росгидромета прогнозы максимальных заторных уровней воды составляются для большинства заторных участков всех больших рек и значительной части средних рек России.
Механизм образования заторов и факторы формирования максимальных заторных уровней
В 70-80-х годах выполнен ряд важных исследований по количественному рассмотрению отдельных сторон процесса образования заторов в лаборатории. Так, В.П. Берденниковым [6, 7, 9] разработаны методические основы и выполнены опыты по изучению условий образования заторов при торошении льдин с учетом индикатора подобия, отражающего механические характеристики скопления льдин. В результате им найдена функция распределения толщины затора по длине заторного участка с учетом сил, формирующих скопление льда. Дееву Ю.А. и Попову А.Ф. [37] в ходе экспериментов с материалом-заменителем льда в гидравлическом лотке удалось выявить ряд зависимостей, определяющих условия формирования и прорыва заторов торошения, и соотношений, связывающих характеристики водного потока под затором и выше него. Одновременно с экспериментальными исследованиями заторов развивались теоретические представления о механизме образования скоплений льда. Теоретические и полуэмпирические модели заторов в разное время были предложены Ангелопуло П.П. [3], Берденниковым В.П. [7, 9], Софером М.Г. [81, 82], Панфиловым Д.Ф.[73], Бузиным В.А. [16, 19, 24] и рядом зарубежных авторов [92-102].
Исследованиями многих ученых установлены закономерности торошения ледяного покрова, потерявшего сплошность при вскрытии реки. Подныривание льдин под кромку имеет второстепенное значение. Толщина скопления льда зависит от соотношения сил, воздействующих на ледовую массу в русле выше очага заторообразования: силы влечения льда водным потоком (Fi), веса заторного льда (F2) (его горизонтальной составляющей), гидродинамического давления воды на верхнюю кромку скопления льда (F3), сопротивления льдин за счет внутреннего трения и трения о берег (F4), а также силы реакции расположенного ниже затора ледяного покрова (F5). Подвижка льда начинается при условии соотношения сил [16]:
Влекущая сила водного потока составляет до 90% всех сил, причем именно эта сила служит как фактором формирования скоплений льда, так и фактором его разрушения. Степень устойчивости заторов зависит от сил сопротивления, которые в общем случае определяются шириной русла, уклоном реки и морфометрическими особенностями русел (сужение, повороты, острова и т.п.), а также метеорологическими условиями периода формирования половодья.
Процесс торошения является сложным процессом, в котором различаются следующие стадии: сплочение и уплотнение льда, заключающееся в уничтожении промежутков между льдинами, разлом и дробление льдин на большие или меньшие обломки, образование торосов, проявляющееся как надвиг обломков льдин на лед и подныривание обломков под лед.
Потеря энергии на сплочение и уплотнение льда незначительна по сравнению с другими потерями. Энергия, затрачиваемая на раздробление, тем больше, чем толще и прочнее лед. У кромки неподвижного льда она минимальна. Способность создавать торошение ограничивается толщиной и прочностью ледяного поля; при одной и той же прочности один и тот же эффект может быть достигнут или увеличением скорости, или увеличением массы ледяного поля. Если массы ледяных полей велики, то даже при самых малых их скоростях происходит грандиозное торосообразование. В результате торошения динамически увеличивается толщина ледяного скопления, возрастает шероховатость верхней и особенно нижней его поверхности. В связи с этим нарастает давление сжатия льда, возникает распор в заторе. Затор, состоящий из не смерзшихся обломков льдин, будет устойчивым, если он находится в сжатом состоянии. Иначе он рассыплется под действием своего веса и течения воды, Предельное горизонтальное напряжение сжатия (ах) зависит от толщины скопления льда (hcr), так как толщина скопления определяет увеличение потенциальной энергии льдин за счет нагромождения [9]: где Ку - коэффициент, зависящий от угла внутреннего трения (\/ ).
Коэффициент Ку изменяется от нуля до некоторого максимального значения. Случай KV = 0 возможен, когда затор начинает смерзаться и силы сцепления, действующие между отдельными кусками льда, увеличивают эффективное значение внутреннего трения [7]. При смерзании, начиная с некоторого момента заторные скопления льда будут устойчивы в случае отсутствия сжимающих сил. Коэффициент к максимален, если внутреннего трения нет. Угол внутреннего трения зависит от размеров кусков льда в заторе, т.е. от толщины и прочности льда, из которого образовался затор. С увеличением размера льдин этот угол возрастает. Напряжение сжатия в начале формирования затора меньше критического. При этом затор устойчив. В дальнейшем с повышением уровня воды и увеличением длины ледяных масс растет концентрация напряжений выше очага затора, массы льда начинают уплотняться. В ходе подвижек увеличивается толщина скопления льда. Конечная толщина и плотность нового ледяного покрова, состоящего из отдельностей, соответствуют условию равновесия сил сопротивления и деформации, действующих вдоль уклона реки.
Методика определения местоположения заторов льда путем отслеживания их динамики по данным наблюдений за уровнями воды на гидрологических постах, расположенных вдоль реки
Теоретическая модель позволяет рассчитать глубину реки у верхней кромки скопления льда (h3 ) и по кривой связи h с уровнем определить уровень воды Н3. Для этого нужны сведения о следующих характеристиках заторов: критическом значении напряжения сжатия (ах), коэффициентах трения (f), бокового давления (С, ), сцепления льдин (с), шероховатости нижней поверхности скопления (пл) и русла (пр), наконец, уклоне водной поверхности или скоростях течения воды под скоплением и выше его. Основные различия существующих моделей заторов заключаются в различных способах задания параметров и исходных данных. Физико-механические характеристики ах, С,, f и необходимы для определения устойчивости скопления льда, с необходимы для определения устойчивости скопления льда. Ввиду слабой изученности прочности заторного льда при испытании на сжатие целесообразно взамен ах рассматривать физически более обоснованную характеристику - прочность масс льда при испытании на срез (тх). По теории прочности сыпучих сред где ф - угол внутреннего трения льда, изменяющийся в зависимости от крупности отдельностей льда в скоплении от 15 до 30, а в среднем равный 20.
На основании полевых экспериментов В.П. Б ер денников [9] установил, что прочность заторных масс льда при испытании на срез зависит от фракционного состава скопления (доли содержания монолитного льда) и изменяется от 30 до 150 кПа. В результате расчетов критического касательного напряжения заторных масс льда у берега, выполненных для ряда случаев заторообразования, во время которых измерялись уклоны водной поверхности и расходы воды, в работе [19] показано, что значения тх существенно меньше, чем значения прочности масс льда при испытании на срез, рекомендованные В.П. Берденниковым. Среднее значение тх равно 18 кПа, максимальное -53 кПа, минимальное - 3 кПа. Большие значения тх имеют место на устьевых участках крупных рек, текущих с юга на север (Обь, Енисей, Лена), маленькие -характерны для водотоков верхней части речных бассейнов и для рек, текущих в широтном направлении или с севера на юг. Параметры С,, f и с находятся в зависимости от прочности и размеров льдин, формирующих затор. Скопление льда, состоящее из прочных льдин, которые имеют большие размеры, характеризуются повышенными значениями коэффициентов С,, f и с.
Расчетные значения коэффициента бокового давления или распора варьируют в очень широком диапазоне - от 0,2 до 0,9. Этот параметр характеризует связь плавающего льда с берегами. Он зависит от раздробленности льда, степени соприкосновения его с берегами, а также морфометрии русла. Так, на заторных участках рек с пологими берегами боковое давление меньше по сравнению с давлением на участке с крутыми берегами. С увеличением ширины реки существенно возрастает отношение px/tCK и, следовательно, степень сжатия масс льда и коэффициент С,. Коэффициент f изменяется незначительно, если на урезе берегов есть кайма льда. Его значения близки к тангенсу угла внутреннего трения льда, т.е. f = tq ip. Вопрос о назначении параметра «с» является достаточно сложным и неоднозначным. Чаще всего этот параметр принимают равным 0,1 кПа. Вместе с тем, по данным лабораторных исследований механических свойств раздробленного льда его значение изменяется в обратно пропорциональной зависимости от крупности элементов, составляющих скопление льда от 5 до 10 кПа [24].
Следует заметить, что заторы льда труднодоступны для инструментальных измерений их физико-механических характеристик. Попытки натурных определений параметров скоплений носят несистематический характер и имеют низкую точность. Поэтому значения этих параметров чаще устанавливают из теоретических предпосылок. Так, критическое значение ох принимают либо постоянным [8,15], либо считают его прямо пропорциональным толщине скопления льда [19,20].
Значение произведения f рекомендуется оценивать на основании теории силосов К. Янсона или А. Како, а также механики грунтов.
Для определения максимального заторного уровня воды с помощью теоретической модели затора нужно знать толщину скопления льда, расход воды Q3 и уклон водной поверхности 13. Толщина скопления рассчитывается при ах 0 по модели торошения, а при ох 0 по модели подныривания. Расход воды задается обычно диапазоном значений, т.е. на основе моделей устанавливается водопропускная способность русла при наличии в нем скопления льда.
Практическое применение моделей для расчета уровней требует знания места очага скопления и интенсивности поступления к нему льда. Поскольку данные о характере и местоположении очага затора, интенсивности ледохода и продолжительности формирования скопления льда чаще всего отсутствуют, то скопление льда принимается бесконечным, а уклон водной поверхности при заторе, равным уклону дна. Водный поток под скоплением в этом случае рассматривается как равномерный, что, конечно, далеко от действительного положения вещей.
Несколько особняком в ряду существующих моделей стоит модель затора, предложенная Е.И. Дебольской [36]. В этой модели рассматривается процесс заторообразования как процесс наслоения (наползания) льдин на кромку сплошного льда. Подъем уровня воды под льдиной, находящейся в непосредственном контакте с кромкой сплошного льда, происходит до тех пор, пока координата нижней поверхности льдины не станет равной координате верхней поверхности сплошного ледяного поля. Далее предполагается, что размер части льдины, вышедшей на поверхность сплошного ледяного поля, незначителен по сравнению с размером всей льдины. Дальнейший подъем уровня будет происходить, начиная от места контакта следующей льдины с первой, т.е. правая граничная точка переместится от места предыдущего контакта выше на длину первой льдины I,, ее вертикальная координата будет zn0 +hnl, где zn0 - координата поверхности воды до разлома, плг толщина первой льдины. Далее процесс будет развиваться аналогично, т.е. повышение поверхности воды представлено кусочно-непрерывной (ступенчатой) функцией. Такая упрощенная схематизация может применяться для льдин значительных размеров и для потоков с небольшими скоростями течения, когда размер участка льдины, вынесенной на предыдущую, значительно меньше размеров всей льдины.
Оценка риска затопления прибрежных территорий на реках России при заторах льда в настоящем и будущем
При формировании заторов в руслах рек возникают местные искажения профиля водной поверхности, проявляющиеся в виде схождения — расхождения изолиний уровня воды на графиках перемещения по реке отметок уровня воды одной высоты в метрах Балтийской высотной системы, построенных в координатах (L,t) по данным наблюдений за уровнями на гидрологических постах. Совместное рассмотрение по этим графикам хода уровней воды по цепи постов на реке в период формирования заторов позволяет выявить природу изменения уровней воды на отдельных речных участках.
В случае свободного ото льда русла изменения уровня однонаправленные и соответствуют колебаниям расхода воды. При развитии ледовых процессов в руслах рек, в частности, формировании заторов, характер хода уровней в отдельных пунктах наблюдений отражает развитие заторов по длине реки, поскольку при образовании затора уровни воды выше по течению поднимаются, а ниже затора падают. Характер изменения и распределения уровней выше и ниже затора подобен распределению уровней в верхнем и нижнем бьефах плотины. С некоторым приближением, заторы можно рассматривать как слабо фильтрующие плотины. Для узких участков русла взаимодействие заторов на водный поток подобно воздействию высоконапорных плотин, а для широких с поймой — обтекаемых низконапорных плотин с водосбросом через пойму [54].
При больших расходах воды происходит сглаживание продольного профиля водной поверхности реки, и мощный затор образуется только в месте существенного изменения уклона водной поверхности вниз по течению от большого к малому. Если водность реки весной небольшая, то формируется множество мелких не опасных заторов в верхней части плесовых участков. Иногда мощный затор образуется на участке, где перемещающуюся вниз по течению кромку ледяного покрова застает интенсивное похолодание.
Образование скопления льда ниже гидрологического поста сопровождается интенсивным ростом уровня воды (при близком расположении затора относительно поста). Так, наибольший за сутки подъем уровня, обусловленный затором, в 1,5-2,0 раза больше максимальной интенсивности подъема уровня в условиях без заторного вскрытия. Если скопление льдин формируется между двумя гидрологическими постами, сравнительно близко расположенными друг от друга, то на верхнем по течению, посту уровень воды повышается, а на нижнем по течению — остается постоянным или понижается. Длина участка реки (км), в пределах которого сказывается влияние подпора от затора составляет:
После выхода воды на пойму, она из зоны подпора течет в обход скопления льда в русле. Если превышение уровня воды над поймой (Н3-Нп) больше толщины льдин tn, то вместе с водой на пойму устремляется и лед. В случае Н3-Нп 21іл затор формируется и на пойме, что существенно обостряет ситуацию. Прорыв затора приводит к перестройке продольного профиля водной поверхности реки: ниже затора уровень воды повышается, а выше затора - падает.
Стандартный общепринятый анализ данных наблюдений за уровнями воды на гидрометрических постах по длине реки, как правило, заключается в построении совмещенных хронологических графиков колебания уровня воды Я = /(f). Эти графики строятся по двум переменным — уровню и времени. Они имеют большой размер, и даже при наличии сведений о ледовых явлениях в русле и температуре воздуха эти графики мало информативны для характеристики процессов, происходящих в русле на участказс между гидрометрическими створами.
Графики следования равных отметок уровней воды по длине реки в координатах времени и длины реки впервые были предложены Н.М. Вернадским [10] и В. С. Антоновым [4]. Эта форма представления сведений об уровнях использовалась и Б.В. Проскуряковым, В.П Берденниковым [7, 8, 75]. Построение графиков следования расходов воды по длине реки Q=f(L, t) было предложено С.Д. Винниковым [31].
Анализ изменения уровня воды по длине реки по изолиншгм; отметок уровня воды значительно расширяет возможности использования наблюденной информации об уровнях воды в период заторообразования. Графики содержат информацию об изменении уровней воды в любом створе реки и на любую дату, об уклонах водной поверхности, периодах ледостава, ледохода, о местах образования затора льда, о продолжительности затопления прибрежных территорий и поймы, если известна их отметка, о длине подпорного участка и т.д. На предлагаемых графиках по оси L можно отмечать места впадения притоков, расположения пойм, населенных пунктов и других объектов.
Построение графиков хода уровней воды по длине реки производится следующим образом: на координатную сетку в координатах времени t (ось у) и длины участка реки L (ось х) наносятся наблюденные на гидрологических постах значения отметок свободной поверхности (в абсолютных отметках) в виде поля точек. По точкам, соответствующим данным измерений, проводятся линии с равными отметками уровней воды. Использование программы «Surfer» для интерполяции значений уровней между точками значительно облегчает техническую сторону выполнения данной процедуры.
Графики зависимости уровней от времени и расстояния вдоль реки представляющие собой изолинии равных уровней в отметках БС, являются чрезвычайно информативными при определении мест формирования головы затора на речных участках между гидрологическими постами. В поле координат L и t в точке формирования головы затора, соседние изолинии уровня воды начинают сходиться (точка 1 на рисунке 4.1). В момент размыва (разрушения) затора и тем более при его прорыве, соседние изолинии начинают расходиться, правые — по направлению течения, левые — против течения (точка 2).
