Пространственно-временные закономерности стока рек Бурятии в теплый период года Гармаев, Ендон Жамьянович

Введение к работе

Предлагаемая работа посвящена анализу пространственно-временной изменчивости характеристик стока рек Бурятии в теплый период года и разработке методик расчета этих характеристик при отсутствии и недостаточности материалов гидрометрических наблюдений. АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Специфика водного режима рек Бурятии создает значительные трудности с водообеспечением не только в зимний период, но и в отдельные интервалы теплого сезона. Высокие паводки почти ежегодно создают опасность для населения и хозяйственных объектов. С другой стороны, надежное гидрологическое обоснование проектов и мероприятий по защите ог наводнений и использованию водных ресурсов затруднено низкой гидрологической изученностью территории. Все это делает особенно актуальной разработку методов расчета стока неизученных и слабоизученных рек. Исключительное разнообразие природных условий этой относительно небольшой горной страны делает недостаточно эффективным применение общих нормативных подходов к гидрологическим расчетам. Это вызывает необходимость разработки более совершенных региональных методик, учитывающих природные особенности рассматриваемой территории. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ. Наибольшее развитие теория расчетов речного стока при отсутствии или недостаточности данных наблюдений получила в нашей стране. Это обусловлено огромными масштабами гидротехнического и водохозяйственного строительства, производившимися, как правило, в условиях недостаточной гидрологической изученности. Основные достижения отражены в действующих СНиП 2.01.14-83 и теоретически обоснованы в трудах С.Н.Крицкого и М.Ф.Менкеля и в грудах ученых Государственного гидрологического института (ГГИ), в частности, в вышедшей в 1988г. под редакцией А.В.Рождественского монографии "Пространственно-временные колебания стока рек СССР". Современные достижения в этой области отражены в учебнике В.М.Евсгигнеева "Речной сток и гидрологические расчеты" (1990г.). Методические основы статистического анализа, необходимые при разработке методик стока неизученных рек, изложены в монографии А.В.Христофорова "Надежность расчетов речного стока" (1993г.). По поводу исследуемого региона необходимо отметить, что вопросом пространственно-временного анализа речного стока и разработке региональных методов его расчета посвящено довольно много работ. Наряду с мсографиями из серии "Ресурсы поверхностных вод" (т.16 и 17) необходимо отметить работы ученых ГГИ и ВОДГЕО, включая исследования минимального стока рек Забайкалья и, в частности, Бурятии

(З.И.Петерсен, 1968г.), годового стока (Вуглинский, 1972г.) и серию работ, посвященных зоне хозяйственного освоения БАМа, которые обобщены в монографии "Водные ресурсы рек зоны БАМ", вышедшей в 1977г. под редакцией А.И.Чеботарева и Б.М.Доброумова и "Практических рекомендациях по расчету гидрологических характеристик в зоне хозяйственного освоения БАМа" (1986г.). Большой вклад в решение рассматриваемой проблемы сделан на кафедре гидрологии суши МГУ, где под руководством В.М.Евстигнеева был разработан комплекс методик расчета стока неизученных рек Забайкалья. В 80-е годы под его руководством была разработана методика расчета годового стока рек Забайкалья, использующая данные метеорологических наблюдений (В.И.Дмитрук, 1985г.) и выполнен анализ минимального зимнего стока рек Бурятии (Б.Б.Шайбонов, 1993г.). Если последние две работы были основаны на всей имеющейся в настоящее время гидрометрической информации, то упомянутый выше комплекс более ранних методик был основан на данных наблюдений по 1972г. и, следовательно, нуждается в проверке и уточнении на основе данных наблюдений последних лет, так как за период после 1972 г. продолжительность наблюдений для многих речных створов увеличилась в 1.5-2 раза и более.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель рабо состоит в разработке методик расчета характеристик стока теплого перида при отсутствии или недостаточности наблюдений на основе всей имеющейся гидрометрической информации. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ условий формирования стока и его распределения внутри теплого периода, т.е. с мая по сентябрь, когда за счет выпадения жидких осадков и частично снеготаяния формируется основная часть годового стока.

2. Статистический анализ многолетних колебаний годового, минимального летне-осеннего и максимального стока, проверка независимости и однородности рядов наблюдений и оценка распределения вероятностей.

3. Исследование пространственных закономерностей распределения параметров характеристик стока теплого периода по территории Бурятии, выявление ведущих географических факторов и построение расчетных карт.

4. Проверка разработанных ранее методик на основе данных гидрометрических наблюдений по 1988 г. и их уточнения.

ПРЕДМЕТ ЗАШИТЫ состоит в том, что разработан комплекс методик расчета годового, минимального летне-осеннего и максимального стока рек Бурятии, позволяющий существенно повысить точность определения расчетных гидрологических характеристик при отсутствии и недостаточности данных наблюдений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ обусловлена следующими результатами.

1. Предложено районирование Бурятии по характеру распределения стока в течение теплого периода года. При этом впервые учтены особенности паводочного режима путем использования таких характеристик, как распределение вероятностей даты прохождения годового максимального стока и середины 30-дневного периода минимальной водности.

2. Впервые для территории Бурятии выявлены нарушения независимости и однородности рядов многолетних колебаний годового, максимального и минимального 30-дневного летне-осеннего стока, вызванные хозяйственной деятельностью (значительными заборами воды на орошение в 70-80-е годы) и экстремально высокими паводками 1983-1985 гг.

3. Обнаружена исключительно тесная корреляция между
пространственными распределениями годового и минимального 30-
дневного летне-осеннего стока рек Бурятии, вызванная спецификой их
водного режима (обе характеристики обусловлены прежде всего водностью
теплого периода и, в частности, числом значительных паводков).

4. В дополнение к полученным ранее редукционным формулам для расчета максимального стока предложен учет средней высоты водосбора как интегрального показателя условий его формирования и одного из ведущих факторов его пространственного распределения.

5. Впервые для территории Бурятии реализован подход к комплексному гидрологическому районированию путем суперпозиции (наложения) серии карт, на которых выделены районы с однородными физико-географическими условиями, типом питания рек, характером внутригодового распределения стока, синхронностью колебаний стока и едиными расчетными значениями его параметров.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ состоит в том, что предлагаемый комплекс методик позволяет существенно повысить точность определения расчетных характеристик стока для решения задач водоснабжения, защиты от наводнений и строительства речных гидротехнических сооружений в условиях недостаточной гидрологической изученности территории Бурятии. Для использования метода прямой гидрологической аналогии выделены районы синхронных многолетних колебаний стока с коэффициентом пространственной корреляции не ниже 0.75, в пределах которых следует подбирать реки-аналоги для приведения рядов наблюдений к многолетнему периоду. Предлагаемая схема расчета годового стока более чем в два раза точнее существовавших ранее методик, основанных на использовании данных гидрометрических наблюдений. Она уступает по своим возможностям методике В.М.Евстигнеева и В.И.Дмитрука, использ} ющей данные по осадкам и испарению, но может

- b -

успешно применяться в районах с недостаточной сетью репрезентативных метеорологических наблюдений. Предлагаемая методика расчета минимального стока, необходимая для решения задач водоснабжения в летне-осенний период, является в 2.5 раза точнее, чем применявшиеся до настоящего времени. В связи с остро стоящей перед Бурятией проблемой защиты от наводнений особенно важной в практическом отношении представляется методика расчета максимальных расходов воды. Ее точность более чем в три раза превышает возможности, рекомендуемой в СНиП 2.01.14-83 методики ГГИ и в два раза - методики, разработанной в 80-е годы на кафедре гидрологии суши МГУ. Часть результатов предлаї аемого исследования, касающихся пространственно-временной изменчивости характеристик внутригодового распределения стока рек Бурятии, была использована при составлении научного отчета кафедры гидрологии суши МГУ по теме "Исследование речного стока зоны БАМ в целях расчета его экстремальных значений и оценки водных ресурсов"(1991).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований докладывались на научной студенческой конференции географического факультета МГУ (Москва.1991 г.) и на научном семинаре кафедры гидрологии суши МГУ (Москва, 1995г.). По теме диссертации опубликовано две статьи и две статьи находятся в печати.