Содержание к диссертации
Введение
Краткая физико-географическая характеристика юга Украины и Молдавии 9
1.1. Географическое положение и рельеф 9
1.2. Почвенный и растительный покров II
1.3. Климат 14
1.3.1. Температурный и радиационный режим 16
1.3.2. Осадки и снежный покров 18
1.4. Гидрография, гидрометеорологическая изученность 25
Расчет нормы естественного годового стока рек юга Украины и Молдавии 31
2.1. Общая характеристика современных методов расчета нормы годового стока 31
2.2. Анализ методов восстановления естественного стока 44
2.3. Теоретические основы метода ГКР 57
2.4. Расчет естественного стока с использованием метода гидролого-климатических расчетов 62
2.4.1, Расчет теплоэнергетического эквивалента 62
2.4.2. Карта норм климатического стока 69
Расчет коэффициентов изменчивости и асимметрии естественного годового стока рек юга Украины и Молдавии 99
3.1. Способы расчета коэффициентов вариации и асимметрии годового стока при различном объеме исходной информации 99
3.2. Применение метода ГКР к расчету естественногостока за короткие промежутки времени 102
3.3. Оценка применимости метода ГКР к расчету естественного годового стока рек юга
Украины и Молдавии 105
3.4. Методика определения коэффициентов изменчивости и асимметрии естественного годового стока рек юга Украины и Молдавии 128
4. Влияние искусственных водоемов на параметры естественного годового стока малых и средних рек юга Украины и Молдавии 150
4.1. Современные методы оценки влияния прудов и малых водохранилищ на годовой сток рек 150
4.2. Исследование влияния прудов и водохранилищ на статистические параметры годового стока на примере некоторых рек Причерноморского гидрологического района 153
4.3. Моделирование рядов годового стока при различной зарегулированности методом статистических испытаний 164
4.4. Порядок расчета параметров статистического распределения рядов годового стока при наличии на водосборе прудов и водохранилищ 173
4.5. Влияние искусственных водоемов на величины годового стока различной обеспеченности 174
5. Влияние орошения на параметры естественного годового стока малых и средних рек юга Украины и Молдавии 185
5.1. Основы методов определения режима орошения 185
5.2. Применение метода гидролого-климатических расчетов в мелиоративных целях 193
5.3. Исследование влияния орошения на параметры годового стока рек юга Украины и Молдавии 195
5.4. Совместная оценка влияния искусственных водоемов и орошения на параметры естественного годового стока рек юга Украины и Молдавии 212
5.4.1. Порядок расчета параметров бытового стока при наличии на территории водосбора
искусственных водоемов и орошаемых площадей 226
5.5. Оценка степени влияния искусственных водоемов и орошения на расчетные характеристики некоторых водотоков юга Украины и Молдавии 228
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 234
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 237
- Географическое положение и рельеф
- Общая характеристика современных методов расчета нормы годового стока
- Современные методы оценки влияния прудов и малых водохранилищ на годовой сток рек
- Основы методов определения режима орошения
Географическое положение и рельеф
Территория рассматриваемого района расположена в степной зоне между 45 и 48 с.ш., включает в себя малые и средние реки бассейнов Дуная, Днестра, Южного Буга в их нижнем течении, а также водотоки междуречий Дунай-Днестр и Днестр-Южный Буг. В административном отношении данный район делится на Кировоградскую, Николаевскую, Одесскую области и занимает южную часть Молдавской ССР. Граница исследуемого района на юге проходит по Дунаю и Килийскому гирлу, с юго-востока его омывают воды Черного моря.
Главные элементы рельефа - Подольская, Приднепровская, Центрально-Молдавская возвышенности и Причерноморская низменность, занимающая основную часть территории (рис.1.1). Характерной особенностью рельефа является общее понижение с севера и северо-запада на юг и юго-восток, которое нарушается сочетанием невысоких равнин и приподнятых, глубоко расчлененных возвышенностей. Более всего выделяется своими высотами и интенсивным расчленением район Молдавских Кодр (максимальная высота 429,5 м), являющийся частью Центрально-Молдавской возвышенности (Бессарабская возвышенность). Центрально-Молдавская возвышенность представляет собой чередование узких гребневидных водоразделов и глубоких, широких долин, склоны которых осложнены полузамкнутыми понижениями в виде амфитеатров гыртыпов /88/. Постепенно снижаясь к юго-востоку, возвышенность переходит в Южно-Молдавскую равнину, она же Буджак-ская степь /97/, с максимальной высотой 247 м. Равнина характеризуется среднехолмистым,сильно пересеченным рельефом. На её фоне резко обособляется Тигечская возвышенность, плоские холмистые водоразделы которой в сочетании с эрозионно-оползневыми образованиями выделяются среди прилегающих равнин. Абсолютная высота возвышенности на севере достигает 300 м, на юге не превышает 220 м.
Отроги Подольской возвышенности окаймляют исследуемую территорию с северо-запада, здесь берут начало реки Кучурган, Кодыма, Тилигул, Большой и Малый Куяльники. В области Подольской возвышенности выделяются Балтская и Кучурганская равнины. Для Балт-ской равнины характерны: снижения высоты от 270-280 м на северо-западе до 160 м на востоке, значительная расчлененность долинно-балочной сетью (от 0,6 до 1,0 км/юіО, узость и асимметрия плоско-волнистых водораздельных пространств. Кучурганская равнина (высота от 220 м на севере до 160 м на юге) расчленена глубокой и широкой долиной р.Кучурган с притоками, которые образуют густую гидрографическую сеть /101/.
К Приднепровской возвышенности относится только верхняя часть водосбора р.йнгул. Отроги возвышенности образуют здесь волнистую равнину, сильно пересеченную овражно-балочной сетью.
Вся южная часть описываемого региона находится в пределах Причерноморской низменности, которая представляет собой аккумулятивную равнину с мощным покровом лессовидных пород, и характеризуется слабой дренированностью и плоскоравнинным рельефом /100/.
Общая характеристика современных методов расчета нормы годового стока
Современные способы расчета характеристик рядов стока, в том числе и годового, опираются на методы и положения теории вероятностей и математической статистики /57, 70, 103, 107, III/:
- гипотезу о подчинении колебаний гидрологических величин закономерностям, свойственным случайным событиям;
- гипотезу о стационарности гидрологических процессов;
- гипотезу о подчинении ежегодных колебаний фазово-однородных элементов стока тому или иному закону распределения вероятностей.
Для описания свойств временных рядов стока широко используются статистические параметры - среднее арифметическое, коэффициент вариации Cv , коэффициент асимметрии С s , способы определения которых подробно изложены в работах /42, 58, 70, 104, ИЗ и др./.
Специфика применения статистических методов в гидрологии связана с наличием цикличности, свойственной рядам метеорологических элементов, а, следовательно, и рядам годового стока. Как показали исследования В.Г.Андреянова /8, 9/, расчет характеристик годового стока без учета его циклических колебаний практически не верен. Ошибка расчета среднемноголетнего значения годового стока (нормы) в данном случае слагается из случайной погрешности ёд и из погрешности, возникающей в результате пренебрежения цикличностью. Случайную ошибку можно определить по известной формуле где Оу - среднеквадратическое отклонение значений годового стока У от среднего за М лет.
Дяя сравнительной оценки точности определения нормы годового стока выражение (2.1) преобразуется к виду где А к - нормированная средняя амплитуда цикла; Т -средняя продолжительность цикла. Фактическая ошибка расчета нормы годового стока, вычисленная только за многоводный или только за маловодный период может существенно превышать значение, полученное по (2.2). Поэтому многолетний ряд наблюдений, по которому определяется норма стока, должен включать несколько (не менее двух) полных циклов колебаний водности рек. Для исследования цикличности колебаний в настоящее время широко используется метод разностных интегральных кривых.
На территории юга Украины и Молдавии водосборов с продолжительными периодами наблюдений (табл.1.3), позволяющими выявить характер и границы полных циклов водности, практически нет. Достаточно длинные ряды стока имеются только на крупных реках района - Днестр, Южный Буг. Но длительные перерывы в наблюдениях, даже при А/ порядка 50 лет и более, существенно затрудняют выделение продолжительных законченных циклов водности (рис.2.I, 2.2). Информация, полученная по стоковым рядам, может быть дополнена сведениями о цикличности годовых сумм осадков. Синхронность в многолетних колебаниях осадков (рис.2.3), измеренных на различных метеорологических станциях в пределах рассматриваемой территории, позволила совместить разностные интегральные кривые стока (р.Днестр - г.Бендеры и р.Южный Буг - с.Александровка) и осадков (г.Одесса). Учитывая хорошо выраженную на рис.2.4 син-фазность колебаний стока и осадков, можно принять к расчётам
Современные методы оценки влияния прудов и малых водохранилищ на годовой сток рек
Возрастающая потребность в пресной воде в условиях большой неравномерности внутригодового распределения стока рек районов недостаточного увлажнения вызвала необходимость строительства значительного количества прудов и водохранилищ не только на крупных, но и на малых водотоках. Рациональное использование и охрана природных богатств требует правильной оценки влияния и прогноза изменения водных ресурсов в результате антропогенной деятельности. Сложность и многообразие взаимодействия различных факторов хозяйственной деятельности обуславливают целесообразность дифференцированного подхода к анализу влияния отдельных мероприятий на сток рек. Более того, направленный характер антропогенных воздействий может существенно изменить не только величину стока, но и основные параметры его статистического распределения.
Применительно к малым и средним водотокам засушливых областей влияние искусственных водоемов на годовой сток исследовано недостаточно. Уже в настоящее время на юге Украины и Молдавии создано большое количество прудов, способных вследствие значительной общей площади их водного зеркала существенно сократить годовой сток за счет увеличения суммарного испарения с поверхности бассейна, особенно в маловодные годы.
Существует два подхода к оценке дополнительных потерь годового стока при создании на водосборе искусственных водоемов. В первом случае используется метод водного баланса, по которому величина ежегодных изъятий из естественного стока получается как сумма по -151-терь на испарение с водной поверхности, водозабора на орошение, местное водоснабжение и т.д. Потерями на фильтрацию в случае большого количества прудов на водосборе можно пренебречь /28/. Главное достоинство метода водного баланса заключается в возможности дифференцировать величины потерь по отдельным годам.
Второй способ основан на предположении, что в паводок происходит единовременное заполнение всех имеющихся на водосборе прудов и малых водохранилищ, а в течение года большая часть этого объема расходуется на испарение и различные хозяйственные нужды /54/. Такой расчет может привести к существенным ошибкам в тех случаях, когда водохранилище или пруд наполняется не только весной, но и за счет ливневых дождей, что характерно для малых водотоков Причерноморской степи. Кроме того, объем заполнения является величиной постоянной, независящей от водности года, а в зоне недостаточного увлажнения такое условие неприемлемо /ИЗ/ Основную долю потерь годового стока здесь составляют потери на испарение с водной поверхности. При достаточно больших теплоэнергетических ресурсах климата испарение с водного зеркала прудов и водохранилищ значительно превышает испарение с суши, которое ограничено малой увлажненностью подстилающей поверхности. В засушливые годы эта разность еще более возрастает, снижая сток маловодных лет. Таким образом, в южных районах невозможно рассматривать вопрос о влиянии искусственных водоемов без учета естественных колебаний климата. Поэтому нами в качестве расчетного был избран метод водного баланса. В работе /15/ дана развернутая формула (2.5), учитывающая помимо потерь на испарение забор воды из прудов и водохранилищ на различные хозяйственные нужды, главным образом, на орошение. Но, в связи с тем, что оценка влияния орошения на годовой сток рек дана отдельно в разделе 5, безвозвратные потери годового стока в результате его регулирования определялись только как потери на заполнение мертвого объема и дополнительное испарение с водной поверхности искусственных водоемов /141, 144/ Потери на заполнение мертвого объема водохранилища имеются и учитываются только в год его заполнения.
Основы методов определения режима орошения
Формирование растительной массы, в частности, урожая сельскохозяйственных культур, происходит под воздействием комплекса факторов: тепла, света, влаги и почвенной среды. При неблагоприятных сочетаниях этих элементов в естественных природных условиях гидромелиоративные мероприятия становятся радикальным средством изменения водного и теплового режима почвенного слоя. Гидромелиорации перераспределяют влагу во времени и пространстве с целью наиболее рационального использования водных и земельных ресурсов. Под режимом гидромелиорации понимают установление и распределение в течение всего вегетационного периода количества воды, необходимого для поддержания в почве оптимальных водно-воздушных и тепловых условий развития растений.
Так как Причерноморская степь находится в зоне недостаточного увлажнения, то здесь чаще всего применяют один вид мелиорации -оросительный. Количество воды, которое необходимо подать непосредственно растениям для обеспечения их нормального роста в течение всего вегетационного периода, называют нормой орошения Снет-то-норма). В настоящее время существует несколько методов определения оросительных норм: опытный; биологический; метеорологический; методы, использующие уравнения водного баланса; методы, базирующиеся на совместном рассмотрении уравнений водного, теплового и радиационного балансов орошаемого участка.
С давних времен существует опыт составления режимов орошения по результатам полевых исследований в тех или иных типичных условиях. В этом случае используются фактически полученные оросительные нормы, соответствующие наилучшему урожаю выбранной культуры.
Установление опытным путем осредненных сроков и нормы полива не всегда отвечает сложившимся погодным условиям. Это часто порождает опасную тенденцию подавать на поля побольше воды. Имеется возможность определения сроков полива по непосредственным измерениям влажности почвы. Начало сроков полива приурочивается обычно к моменту наступления влажности почвы, близкой к влажности разрыва капилляров. Однако этот способ весьма трудоемкий и мало применяется для оперативных целей.
Биологические методы /6, 7, 30/ позволяют "по сигналу" самого растения установить его потребность в воде. Так, например, физиологический метод основан на взаимосвязи между концентрацией клеточного сока и влажностью почвы. Измеряя концентрацию клеточного сока, можно прямо в поле установить срок полива /43/, Опытами М.Д.Кушниренко и Г.П.Курчатовой /73/ обнаружена обратная зависимость между электрическим сопротивлением тканей стеблей и листьев и водным дефицитом. Подобные методы, основанные на учете физиологических признаков растений, страдают одним существенным недостатком. По этим методам можно оценить срок полива лишь тогда, когда растение в какой-то мере уже пострадало от недостатка влаги.
