Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий аналитический обзор литературных источников по вопросам термического и ледового режима водохранилищ и нижних бьефов ГЭС 12
Глава 2. Физико-географическая характеристика и гидрометеорологическая изученность водохранилищ 22
2.1. Красноярское водохранилище 22
2.1 1. Физико-географические условия 22
2.1.2. Климат 24
2.1.3. Гидрографическая сеть и водный режим 25
2.1.4. Морфология и морфометрия 26
2.1.5. Водохозяйственное использование 32
2.1.6. Изученность 33
2.2. Саяно-Шушенское водохранилище 34
Глава 3. Термический режим Красноярского и Саяно-Шушенского водохранилищ по данным натурных исследований 36
3.1. Особенности температурного режима Красноярского и Саяно Шушенского водохранилищ при их заполнении 36
3.2. Термический режим Красноярского водохранилища в период нормальной эксплуатации по данным натурных исследований 42
3.2.1. Период весеннего нагревания 42
3.2.2. Термический бар 44
3.2.3. Период летнего нагревания 55
3.2.4. Период осеннего охлаждения 58
3.2.5. Период зимнего охлаждения 60
3.2.6. Период зимнего охлаждения под ледяным покровом 61
3.3. Изменение температурного режима после создания водохранилища 62
Краткие выводы 64
Глава 4. Ледовый режим Красноярского водохранилища 67
4.1. Изменение закономерностей ледового режима Енисея под влиянием регулирования стока 67
4.2. Особенности ледового режима Красноярского водохранилища по данным натурных наблюдений 72
4.2.1. Период замерзания 72
4.2.2. Период ледостава 77
4.2.3. Период вскрытия 86
4.3. Оценка запаса воды в оседающем льду и расчет его таяния 88
4.4. Общие черты ледового режима водохранилищ Енисейского каскада 99
Глава 5. Термический режим Енисея в нижнем бьефе Красноярской ГЭС 101
5.1. Особенности термического режима Енисея после зарегулирования 101
5.1.1. Суточный ход температуры воды 109
5.1.2. Годовой ход температуры воды в нижнем бьефе 114
5.2. Результаты сопоставления температуры воды в приплотинной части водохранилища и в нижнем бьефе у плотины ГЭС 117
Краткие выводы 131
Глава 6. Ледовый режим нижнего бьефа Красноярской ГЭС 134
6.1. Динамика местоположения кромки льда 134
Глава 7. О туманообразовании и некоторых климатических характеристиках в нижнем бьефе Красноярской ГЭС 142
Заключение 149
Список литературы 153
Приложения 167
- Краткий аналитический обзор литературных источников по вопросам термического и ледового режима водохранилищ и нижних бьефов ГЭС
- Изменение закономерностей ледового режима Енисея под влиянием регулирования стока
- Особенности термического режима Енисея после зарегулирования
- О туманообразовании и некоторых климатических характеристиках в нижнем бьефе Красноярской ГЭС
Краткий аналитический обзор литературных источников по вопросам термического и ледового режима водохранилищ и нижних бьефов ГЭС
В настоящее время на территории СНГ имеется более ста крупных и средних водохранилищ. Поскольку водохранилища создаются в руслах рек, то при этом необходимо тщательное их изучение в направлении оценки влияния на природу и хозяйство прилегающих территорий. Одним из основных аспектов исследований является термический режим искусственных водоемов. Как известно, тепловые процессы определяет ледовый режим водохранилищ и нижних бьефов ГЭС, которые в свою очередь влияют на зимние транспортные связи и сроки навигации. Термический режим в значительной степени оказывает влияние на содержание газов и взвешенных веществ в водной толще, распределение физических, химических и биологических свойств водных масс, их самоочищение и полезную биопродуктивность.
Результаты исследований теплового режима водохранилищ могут быть положены в основу решения многих инженерных задач при проектировании и эксплуатации ГЭС. К числу таких задач относятся: выбор местоположения плотины ГЭС, определение размеров незамерзающей полыньи в нижнем бьефе, наиболее рациональной глубины заложения водоприемников, возможности селективного отбора воды из водохранилища с целью максимального приближения температурного режима водотока ниже плотины ГЭС к естественным условиям реки и др.
Значительное влияние на гидрологический режим водохранилищ оказывает вид регулирования стока. Выделяются водохранилища суточного, недельного, сезонного и многолетнего регулирования. Отметим, что для высоконапорных плотин ГЭС величина сработки уровня воды может достигать 80 м, для Красноярского и Саяно-Шушенского водохранилища она соответственно равна 18 и 40 м.
Как правило, на создаваемых водохранилищах в период их наполнения наблюдения за температурой воды проводятся институтом Гидропроект в приплотинной части. Стационарные наблюдения по всему водохранилищу выполняют специализированные озерные станции и обсерватории Гидрометеорологической службы Российской Федерации. Кроме того, большое количество отдельных экспедиционных исследований элементов ледового и термического режима водохранилищ выполняется научно-исследовательскими, учебными и проектными организациями.
Начало отечественным исследованиям термического и ледового режима водохранилищ было положено Гидропроектом и Государственным гидрологическим институтом на Иваньковском водохранилище в 1938-1939 гг. [26].
В 1947 г. вышла книга С.Н. Крицкого, М.Ф. Менкеля и К.И. Росинско-го [58], в которой были обобщены имеющиеся наблюдения и установлены основные закономерности термического и ледового режима существующих водохранилищ.
Крупные водохранилища тех лет создавались на равнинных реках с небольшими подпорами воды. В этот период наиболее подробно освещался режим Рыбинского водохранилища [11].
В 1962 г. Г.А. Ясонов [131] обобщил результаты наблюдений на Куйбышевском водохранилище. Можно отметить работы Б.С. Бородкина и Б.К. Павлова [4], К.И. Российского, А.А. Кондрацкой и Г.Н. Нисар-Мухамедовой [103], посвященные описанию зимнего термического режима Волжских водохранилищ.
В 60-х годах появляются работы, посвященные исследованию термического режима Сибирских водохранилищ (В.М. Самочкин [111], Н.Л. Готлиб и др. [25, 62], Ф.Ф.Раззоренов [99]). Исследованию термического режима Красноярского водохранилища в период наполнения и в первые годы нормальной эксплуатации посвящены работы Ю.И. Подлипского и др. [89-95], Ю.А. Григорьева и Н.М. Сокольникова [30, 114], Я.Л. Готлиба и др. [26, 29], О.Л. Ольшанской и И.М. Романовой [83].
В 1965 г. С.Н. Булатов изучил температурный и скоростной режим Братского водохранилища и определил, что глубина слоя скачка зависит от сбросов воды, плотности воды разных слоев и морфометрии ложа [6].
Обобщение материалов наблюдений за температурным режимом водохранилищ, расположенных в районах развития многолетней мерзлоты (Ви-люйское, Мамаканское, Хантайское), выполнено Я.Л. Готлибом и др. [26], A.M. Малолетко и И.В. Матвеевой [70], С.Н. Назаренко и Н.Б. Сахаровой [77].
В 1970-х годах появилось большое количество работ, обобщающих результаты исследований термического режима водохранилищ, к ним относятся работы К.И. Российского [104, 105], Я.Л. Готлиба и др. [26, 79], Ю.М. Ма-тарзина и др. [71, 72].
В этот же период были опубликованы монографии по гидрометеорологическому режиму ряда Волжских и Сибирских водохранилищ [17-22]. Полнота сведений и степень изученности отдельных водохранилищ по ледово-термическому режиму различна.
На основе анализа и обобщений материалов наблюдений на водохранилищах разных климатических зон получены количественные характеристики и установлены основные закономерности термических процессов, происходящих в искусственных водоемах. Наиболее полно исследован термический режим многих водохранилищ в период их наполнения. В период нормальной эксплуатации подробно изучен термический режим водохранилищ Волжского каскада, где значительный объем экспедиционных исследований провел Институт биологии внутренних вод АН СССР [9-13, 129, 130]. Результаты исследований позволили решить вопрос о подразделении годового термического цикла в водохранилищах на характерные периоды. Еще Б.Д. Зайков [37] выделил для озер пять периодов годового термического цикла: весеннее нагревание, летнее нагревание, осеннее охлаждение, зимнее охлаждение и зимнее нагревание. Оказалось, что такое деление характерно и для водохранилищ, только для глубоких водохранилищ может отсутствовать пятый период. М.Н. Шимараев пятый период для глубоководного озера Байкал назвал периодом зимнего охлаждения воды под ледяным покровом [124].
Первый период (весеннее нагревание), по Б.Д. Зайкову, начинается еще подо льдом, когда под влиянием солнечной радиации происходит нагрев поверхностных слоев воды. Второй период (летнее нагревание) начинается с момента установления прямой температурной стратификации и заканчивается моментом, когда на поверхности воды устанавливается отрицательный тепловой баланс. Период зимнего охлаждения начинается с момента установления обратной температурной стратификации и заканчивается с наступлением ледостава. В пятом периоде на мелких озерах происходит нагрев воды за счет теплового потока от дна.
А.И. Пехович [26], решая задачу гидротермических расчетов и учитывая способы переноса тепла внутри водной толщи, также выделил пять периодов годового термического цикла:
- первый период начинается сразу же после вскрытия водохранилища когда нарушается устойчивая плотностная стратификация и возникает свободно-конвективное перемешивание. Интенсивность вертикального перемешивания обычно столь велика, что, как правило, охватывает всю глубину и прогревание практически происходит в условиях гомотермии;
- второй период начинается после перехода температуры воды через 4С (температура наибольшей плотности). Теплоперенос здесь внутрь водной толщи осуществляется за счет турбулентного перемешивания. Этот период характеризуется наличием прямой температурной стратификации и значительных вертикальных градиентов температуры воды. При наличии воздействия длительных, сильных ветров стратификация может нарушаться и температура воды по глубине устанавливается одинаковой, особенно это заметно на мелких водохранилищах;
- при установлении отрицательного теплового потока на поверхности воды возникают условия для существования свободно-конвективного перемешивания. Охлажденные, более тяжелые, воды поверхностных слоев под воздействием силы тяжести начинают опускаться вниз. Обладая значительной инерцией, они являются причиной образования слоя скачка, глубина которого на отдельных водохранилищах к концу периода может достигать 60-70 м [26, 47, 48, 105]. Во второй половине третьего периода на мелководных водохранилищах конвекция охватывает всю глубину и дальнейшее охлаждение здесь происходит в условиях гомотермии. На глубоких водохранилищах, по нашим исследованиям, в это время существует два слоя близких к гомотермии: поверхностный, охваченный конвекцией, и придонный при температуре 4,5-5,5С, разделенные слоем скачка, мощность которого может достигать 1 м с градиентами температуры до 2-4С на м. Гомотермия на глубоких водохранилищах устанавливается при температуре 4,5-5,5С;
- четвертый период начинается с даты перехода температуры воды через 4С, когда охлаждение воды продолжается, в основном, под воздействием ветрового перемешивания. Для этого периода характерно наличие обратной температурной стратификации;
- пятый период начинается после даты установления ледяного покрова. В этот период в глубоких водохранилищах продолжается медленное понижение температуры воды, в мелководных водохранилищах сначала происходит нагрев придонных слоев воды за счет теплового потока, направленного от дна в водную толщу, затем медленное охлаждение.
Изменение закономерностей ледового режима Енисея под влиянием регулирования стока
Ледовый режим Енисея от Кызыла до Красноярска в естественных условиях характеризовался продолжительным осенним шугоходом, зажорным характером установления ледяного покрова, образованием заторов льда при вскрытии реки. Первые осенние ледовые явления в виде заберегов и редкой шуги отмечались почти одновременно по всему участку, в среднем, в последней декаде октября. На плесовых участках шугоход продолжался, в среднем, 15-20 дней, в то время как на перекатах и порожистых участках -30-40 дней, а в отдельные годы до 70-90 дней. В нижней части рассматриваемого участка ледостав наступал обычно во второй декаде ноября, в верхней -в конце ноября. Установление ледяного покрова происходило снизу вверх по течению реки путем образования и продвижения цепочки зажоров. На большей части реки образование ледостава сопровождалось значительными (на 1-3 м над предледоставным уровнем) зажорными подъемами уровней воды. Довольно продолжительный период шугохода и сохранение долго незамерзающих полыней на порожистых участках реки приводили к большой зашу-гованности русла почти на всем протяжении реки. Наибольшая толщина слоя шуги в начале ледостава достигала 4,5-5,5 м. Нарастание толщины льда обычно происходило до середины марта. Максимальная его толщина, по данным наблюдений, составляла 125-140 см, а в отдельные годы достигала 160-175 см.
Вскрытие Енисея на всем рассматриваемом участке происходило почти одновременно, в конце апреля. Ледоход, в среднем, продолжался 7-11 дней. Сооружение плотин ГЭС приводит к преобразованию как водного, термического, так и ледового режима рек. Эти изменения касаются и участков созданных водохранилищ и нижних бьефов ГЭС. Здесь происходят изменения процессов замерзания и вскрытия, сроков и продолжительности ледовых явлений.
К моменту перехода температуры воздуха через 0С осенью теплозапа-сы в водохранилищах существенно больше, чем в речных водах. Если формирование ледяного покрова на реках происходит за счет льда, поступающего с верхних участков, то на водохранилищах ледяной покров образуется без привлечения постороннего ледяного материала. На водохранилищах долинного типа, какими являются, например, Саяно-Шушенское и Красноярское водохранилища, отмечается своеобразие формирования и разрушения ледяного покрова из-за большой изменчивости морфологических характеристик.
В зоне выклинивания подпора из-за резкого уменьшения скоростей течения замерзание происходит раньше, чем в естественных речных условиях [29,35,46,49,104].
Процессы замерзания равнинных мелководных водохранилищ под воз действием волнения сопровождаются интенсивным шугообразованием и формированием ледяного покрова с повышенной шероховатостью [35]. На водохранилищах с высоким водообменом наблюдается затяжной характер замерзания. Под влиянием изменений уровня воды происходят значительные деформации ледяного покрова. На Красноярском водохранилище годовая амплитуда колебания уровня воды достигает 18 м, за зиму - 17,6 м, на Саяно Шушенском - 40 м.
Если в бытовых условиях ледостав на Енисее, в среднем, устанавливался 25 ноября, то в период наполнения образование ледяного покрова в верхней части Саяно-Шушенского водохранилища происходит несколько раньше. Поскольку при уменьшении скорости течения требуется меньше ледяного материала для образования ледостава [104], то становится ясно, что более спокойное течение воды в области подпора способствует смерзанию поступающих ледяных скоплений в более ранние сроки, чем это имело место в естественных условиях. В то же время, в результате большего теплозапаса водных масс в глубокой зоне водохранилища, установление ледостава на приплотинном участке сдвинулось на значительно более поздние сроки. Так, в последние годы ледяной покров у плотины обычно образовывался в конце января.
По результатам авиаразведок, экспедиций и наблюдений на водомерных постах установлено, что продвижение кромки ледяного покрова от верхнего участка Саяно-Шушенского водохранилища до плотины ГЭС происходит более двух месяцев (табл. 4.1).
Очищение водоема ото льда, как и образование ледяного покрова происходит сверху вниз. Первым освобождается верхний участок водохранилища, где основную роль в разрушении льда играет приток теплых талых вод. В приплотинной зоне ледяной покров тает на месте в сроки близкие к естественным (5.05). Самая ранняя дата очищения водохранилища ото льда наблюдалась 29 апреля 1981 г., а самая поздняя - 19 мая 1979 г.
Естественно, что создание глубокого проточного водохранилища влечет за собой изменение ледотермического режима нижнего бьефа. В первую очередь это выражается в значительной разнице между максимальной температурой воды Енисея в летний период до и после создания водоема, которая достигает 5-5,6С. Охлаждающее влияние водохранилища в нижнем бьефе проявляется в течение мая-августа.
Температура воды в этот период на 2-4С ниже по сравнению с естественными условиями. В остальное время, включая зиму, водохранилище оказывает отепляющее влияние. Наиболее сильно оно проявляется в октябре-ноябре, когда температура воды на 5-9С выше, чем она была в бытовых (до создания водохранилища) условиях. В зимнее время температура воды в нижнем бьефе Саяно-Шушенской ГЭС, как и в нижих бьефах других глубоководных водохранилищ Сибири, составляет 2-4С.
В нижнем бьефе по длине реки влияние водохранилища затухает, но на протяжении первых 146 км остается значительным. Так, у Подсинего в 1986 г. среднемесячная температура воды за ноябрь и декабрь была равна соответственно 4,6С и 2,3С, в то время как в 7 км от ГЭС (на Майнском водохранилище) в этот период температура воды равна 9,0С и 5,9С. Отметим здесь, что созданное водохранилище контррегулирующей Майнской ГЭС ни в одну зиму не замерзало, а температура воды в нем не опускалась ниже 2С (при измерениях у берега). Относительно теплая вода в нижнем бьефе обуславливает наличие здесь полыньи и является одной из причин возникновения сильных туманов. В период зарегулированного режима Енисея при постоянных температуре воздуха и расходе воды замерзание в нижнем бьефе происходит равномерно, как и в бытовых условиях. Увеличение расходов воды приводит к подвижкам, срыву заберегов, уплотнению шуголедяных масс и обуславливает подъемы уровня воды. В результате колебаний температуры воздуха и расходов воды на одном и том же участке возможны многоразовые установления ледостава, причем каждая последующая подвижка, в силу увеличения количества ледяного материала, приводит к более высокому подъему уровня воды у кромки ледостава. Так, на участке 70-87 км ниже Саяно-Шушенской ГЭС зимой 1979/80 г. при расходах воды 500-700 м /с (ниже проектных), подъемы уровня воды при наступлении кромки льда составили 2,0-3,3 м.
В результате создания Красноярского водохранилища ледяной покров в зоне выклинивания подпора устанавливается на 6 дней раньше, чем это наблюдалось на реке, в средней части водоема - на 15 дней позднее, а в нижней глубоководной - на 35 дней позже (табл. 4.2). Очищение водохранилища наблюдается позднее бытовых сроков на 5-12 дней.
Особенности термического режима Енисея после зарегулирования
Годовой термический цикл рек вследствие интенсивного турбулентного перемешивания не отличается особой сложностью. В практике принято делить цикл на два периода - при отсутствии льда и при его наличии [75, 82].
При наличии ледяного покрова температура воды в реке близка к 0С. Нагрев воды начинается с момента установления положительного теплого баланса на поверхности льда, при этом температура воды подо льдом достигает 0,4С [84]. С момента вскрытия начинается интенсивный прогрев воды. В результате интенсивного турбулентного перемешивания температура воды в реке мало различается По глубине, слабое расслоение здесь возможно лишь на плесах при малых скоростях течения. Водная масса рек сравнительно быстро реагирует на изменение метеорологических условий, но вследствие тепловой инерции ее температурный ход более сглажен, чем ход температуры воздуха. Весной температура воды несколько ниже температуры воздуха, осенью наоборот (табл. 5.1) [125].
В середине лета из-за уменьшения суточного хода температуры воздуха отмечается некоторая стабилизация температуры воды. Суточный ход температуры воды хорошо выражен лишь у берега, на середине он проявляется слабее. После достижения наибольших значений начинается постепенное охлаждение воды.
Рассмотрим термический режим реки на примере Енисея в его среднем течении. В период естественного режима нагревание воды начиналось еще подо льдом, в начале апреля, после перехода среднесуточных температур воздуха через 0С. Наиболее подробные сведения об этом периоде получены экспедицией под руководством Е.В. Близняка в 1911 г. [2].
Из табл. 5.2 видно, что в апреле 1911 г. [2] температура воды подо льдом достигала 0,4С и до первой подвижки держалась в пределах 0,2-0,4С. Во время подвижек температура воды понижалась до 0,1 С и с началом ледохода начинала увеличиваться. Наибольший рост температуры воды наблюдался сразу же после ледохода. В мае средняя месячная температура воды на участке Красноярск - Казачинское достигала 7С (табл. 5.3).
Продолжительность периода нагревания воды составляла от 80 до 90 дней. Максимальные значения температуры воды приходились на конец июля, достигая среднемноголетних значений равных 22-23С. С августа начиналось постепенное охлаждение воды до 0С. Период охлаждения продолжался 90 -100 дней и начало ледообразования повсеместно приходилось на последнюю декаду октября. В ноябре на реке устанавливался ледяной покров. Всю зиму подо льдом температура воды была близка к 0С.
Измерения температуры воды, произведенные экспедицией под руководством Е.В.Близняка в марте 1911 г. [2], показывают, что ее значения находились в пределах от 0,1С до 0,15С (табл. 5.4).
Н.П. Бахтиным и В.И. Винокуровым [102] Енисей до зарегулирования по термическим условиям разделен на три участка: первый - от Кызыла до Енисейска, который характеризовался постепенным увеличением значений максимальной температуры воды до 23С; второй - от Енисейска до Верещагино, где на всем протяжении (1300-1400 км) наблюдалась одинаковая наибольшая температура воды (22-23С), и третий - от Верещагино до устья, где значения максимальной температуры воды постепенно понижались. Нужно отметить, что на тепловое состояние Енисея оказывали влияние воды Ангары, температура которых в летнее время была на 1,5-2,0С выше.
Среднесуточная температура воды выше 16С в средние по термическим условиям годы наблюдалась у Красноярска - 58 суток, у Енисейска - 49 суток, и в Игарке - 41 сутки. При этом в Красноярске и Енисейске в самые холодные годы наблюдалась температура воды более 21 С (табл. 5.5).
В результате создания ГЭС в нижнем бьефе температура воды понижается летом и повышается осенью и зимой. Так, температура воды у Дивногорска в июле уменьшилась на 10С, а в ноябре увеличилась на 6С (табл. 5.3), причем эти различия уменьшаются по мере удаления от плотины ГЭС.
Если рассматривать абсолютные величины наибольшей температуры воды, то восстановление естественного температурного фона реки происходит на расстоянии 700-800 км от плотины ГЭС (рис. 5.1). При этом в непосредственной близости от ГЭС, на участке длиной 170 км, наибольшая температура воды наблюдается в августе: у плотины в конце месяца, у Павловщины - в начале (табл. 5.6). Это вполне объясняется ходом средней по глубине температуры воды в водохранилище у плотины, максимум которой наблюдается в конце августа -сентябре (рис. 5.2).
Начиная от Казачинского (300 км от плотины) и до устья Подкаменной Тунгуски (930 км), средние даты наступления наибольшей температуры воды сдвигаются на более ранние сроки по сравнению с бытовыми условиями, что, в первую очередь, определяется уменьшением объема стока в июне-июле на рассматриваемом участке в результате зарегулирования реки и уменьшением количества тепла, необходимого для нагревания воды до наибольшей температуры.
Переход температуры воды через 4С весной у Красноярска происходит в начале июня, а осенью - в конце ноября. Прогревание воды идет медленно и максимальных своих значений температура воды достигает в августе-сентябре, затем начинается медленное понижение температуры воды, которое продолжается до апреля. Из рис. 5.2 видно, что сезонное изменение температуры воды реки в нижнем бьефе полностью определяется ее изменением в верхнем бьефе. При этом средняя температура воды на вертикали в верхнем бьефе в зимний период под ледяным покровом больше, чем температура воды, поступающая в нижний бьеф, летом наоборот. И только в периоды при температуре воды около 4С они одинаковы.
Вполне очевидно, что самым важным фактором, определяющим тепловой режим реки в нижнем бьефе, является температура воды, поступающей в реку. Наблюдения за температурой воды вблизи плотины ГЭС в нижнем бьефе, как правило, отрывочны. Наблюдения, проводимые на постах Госкомгид-ромета, не отражают тепловое содержание потока и пригодны только для фоновой характеристики изменений. О недостатках измерений температуры воды на постах указывал еще И.Я. Лисер [63, 64]. По данным, полученным в 1947-1948 гг., разность температуры воды на стрежне потока и у берега доходила до 3С, что затрудняло оценку теплозапаса реки в осенний период.
О туманообразовании и некоторых климатических характеристиках в нижнем бьефе Красноярской ГЭС
Значительная длина незамерзающей зимой полыньи в нижнем бьефе Красноярской ГЭС, низкая температура воды летом создают неблагоприятную экологическую обстановку на Енисее, особенно в районе г. Красноярска, который находится в 40 км ниже плотины. Летом миллионный город потерял обычные места отдыха. Зимой открытая водная поверхность благоприятствует образованию туманов парения над рекой, которые усиливают эффект загрязненности воздушной атмосферы города.
Зимой при медленном перемещении устойчивого по стратификации и выхоложенного в нижнем слое воздуха с суши на теплую воду возможно образование тумана парения над Енисеем. Обычно он возникает при температуре воздуха ниже -10С и относительной влажности воздуха более 75% (рис. 7.1).
На участке от плотины ГЭС до г. Красноярска долина р. Енисей узкая, окаймленная высокими горами, а русло глубоко врезанное и относительно узкое. Это накладывает отпечаток на гидрометеорологический режим участка реки. В зимний период здесь наблюдаются частые туманы парения. Зона распространения тумана незначительно выходит за пределы береговой линий. Количество дней с туманом, по наблюдениям на водомерных постах, в ноябре изменяется от 5 до 15, в декабре - от 4 до 19 дней. Так, в декабре 1976 г. в Базаихе, как и в Красноярске, было отмечено 17 дней с туманом, в Ата-маново -19 и на метеостанции "Остров Отдыха" - 16 дней (табл. 7.1). Устойчивый туман парения в районе г. Дивногорска образуется, когда приходящий воздух имеет температуру в приземном слое -16С и ниже, а скорость ветра не превышает 5 м/с и при этом наблюдается мощная приземная инверсия температуры воздуха до высоты 200 - 300 м. Обычно при туманах парения с высоты отчетливо видна верхняя граница тумана, которая располагается ниже вершин гор, окаймляющих долину Енисея в районе г. Дивногорска. В ясные солнечные дни при антициклональном типе погоды туман, как правило, с наступлением дня поднимается над рекой на 100 - 150 м, уплотняется. Это образование, вершина которого не превышает 300-350 м, рассеивается только при повышении температуры воздуха или при усилении ветра.
Известно, что крупные гидроузлы оказывают влияние на климат прилегающих территорий. Зависимость климатических факторов от водных объектов определяется процессами тепловлагообмена атмосферы с водной поверхностью. В результате создания Красноярской ГЭС летом в нижний бьеф поступает вода холоднее, а зимой теплее, чем это было в естественных условиях. В связи с этим проявляется и влияние открытой водной поверхности на температуру и влажность воздуха у реки. Рассмотрим это воздействие на примере г.Дивногорска в зимний период.
Зимой температура воздуха на высоте 2 м над водной поверхностью Енисея в районе г.Дивногорска (Тг) может быть определена по уравнению Т2 = 0,95.Т, + 1,6, (7.1) где Т] - температура воздуха на метеостанции Шумиха (Дивногорская ГМО). Теснота связи характеризуется коэффициентом корреляции, равным 0,99.
На рис. 7.3 представлена связь между средними месячными температурами воздуха, полученными на метеостанциях "Остров Отдыха" и Красноярск - Опытное поле за 1974 - 1976 годы при температуре воды больше температуры воздуха. Метеорологическая станция "Остров Отдыха" находилась на острове в 150 м от основного русла Енисея в черте г. Красноярска. Уравнение имеет вид: Т4=0,97.Т3+1,2, (7.2) где Т3 и Т4 - соответственно средняя месячная температура воздуха по метеостанциям Красноярск - Опытное поле и "Остров Отдыха". Коэффициент корреляции связи (7.2) равен 0,99.
В марте - апреле 1994 г. нами производились наблюдения за температурой и влажностью воздуха с помощью аспирационных психрометров на трех террасах г. Дивногорска. Всего было выполнено более 260 измерений. Диапазон измеренных температур воздуха составил +12с - -12С.
Связи апроксимируются прямыми линиями, а уравнения регрессии имеют следующий вид: где Ть T2, T3 и Т0 - температура воздуха (С), измеренная на ул. Чкалова (1750 м от Енисея, 290 м БС), ул. Комсомольская (750 м от Енисея), ул. Набережная (100 м от Енисея, 200 м БС) и на метеостанции Дивногорская ГМО; еь ег, е3 и ео - абсолютная влажность воздуха, гПа; Рь Р2, Рз и Р0 - относительная влажность воздуха (%), соответственно в тех же пунктах.
Теснота полученных связей для температуры воздуха характеризуется коэффициентами корреляции 0,98, 0,99 и 0,98 соответственно для уравнений (7.3), (7.4) и (7.5). Для уравнений (7.6), (7.7) и (7.8) коэффициенты корреляции равны 0,89, 0,94 и 0,95. Для уравнений (7.9), (7.10) и (7.11) его величина соответственно равна 0,89, 0,93 и 0,95.
В табл. 7.2 приведены данные среднемесячных многолетних значений температуры и влажности воздуха, полученные по зависимостям (7.3 - 7.11). Из таблицы видно, что на ул. Набережная, которая находится на нижней застройке города, температура воздуха зимой значительно выше по сравнению с верхней застройкой.
Содержание водяного пара в воздухе по мере приближения к Енисею повышается. Относительная влажность воздуха практически одинакова во всех пунктах измерений.
Отметим, что эти выводы корректны для условий отепляющего влияния р. Енисей, когда температура воды выше температуры воздуха.
В связи с тем, что влияние нижнего бьефа в материалах средств массовой информации часто оценивается только как негативное автор посчитал необходимым рассмотреть вопрос о влиянии "нового" Енисея на климат города Красноярска. Все данные приведены по работе «Климат Красноярска» 1982 г. издания, под редакцией Ц. А. Швер и А. С. Герасимовой.
Сравнение средних значений за десять лет до и после наполнения водохранилища показало, что годовой ход температуры воздуха вблизи Енисея стал более плавным. Средняя годовая температура незначительно повысилась у уреза воды.
В холодное время года после создания водохранилища температура воздуха на станции Гидропорт, остров Отдыха стала выше на 2,0 - 4,0С, а в летнее время понизилась на 1 - 2С (рис. 7.4).
Влияние Енисея на изменение температуры воздуха в черте города прослеживается до расстояния 2-3 км. При удалении от реки влияние его ослабевает. На острове Отдыха температура воздуха в декабре-январе составляет -13,7...-14,7С, а в 3 км от уреза воды она равна -19,0С. В летнее время картина обратная. На острове Отдыха температура воздуха ниже, чем в какой-либо точке города. Например, в июле на острове Отдыха температура возуха равна 18,1 С, а на станции Красноярск 19,1 С. В суточном ходе температуры воздуха при «холодной» воде на берегу Енисея наблюдается более низкая температура днем и более высокая ночью по сравнению со станциями, удаленными от реки. С ноября по февраль р. Енисей оказывает отепляющее влияние на прибрежный воздух. Наибольшая амплитуда суточных колебаний температуры воздуха в холодное время отмечается вдали от воды (Красно ярск 10,8С), а наименьшая - у уреза воды (остров Отдыха 6,9С).
Похожие диссертации на Термический и ледовый режим в верхнем и нижнем бьефах высоконапорных гидроэлектростанций : На примере Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС
