Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Дождевой сток рек Полесья в условиях неглубокого залегания грунтовых вод.

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Дождевой сток рек Полесья в условиях неглубокого залегания грунтовых вод."

ОДЕСЬКИЙ ГІДРОМЕТЕОРОЛОГІЧНИЙ ІНСТІТУТ

МОКІНА НАТАЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА

УДК 556.166

ДОЩОВИЙ СТІК РІЧОК ПОЛІССЯ В УМОВАХ НЕГЛИБОКОГО ЗАЛЯГАННЯ ГРУНТОВИХ вод

11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія

¡а&ч

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук

ОДЕСА - 1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському гідрометеорологічному інституті Міністерства освіти України

Науковий керівник:

доктор географічних наук, професор • Гопченко Євген Дмитрович,

Одеський гідрометеорологічний інститут, проректор з наукової роботи

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, професор Горєв Леонід Миколайович, завідувач кафедри гідрології і гідрохімії Київського національного університету ім. Тараса Шевченка; кандидат географічних наук, доцент Колодєєв Євген Іванович,

Одеський гідрометеорологічний інститут, доцент кафедри водних досліджень та геодезії

Провідна установа: кафедра фізичної географії та природо-

користування Одеського державного університету ім. І.І. Мечнікова,

Міносвіти,м.Одеса

Захист відбудеться “12” березня 1998 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 в Одеському гідрометеорологічному інституті за адресою: 270016, м. Одеса -16, вул. Львівска, 15, ОГМІ.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеського гідрометереологічного інституту, 270016, м. Одеса - 16, вул. Львівська 15, ОГМІ. .

Автореферат розісланий “ березня 1998 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ^АВОфС\_Лобода Н.С.

У '

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність та ступінь дослідженності тематики. Проблеми розрахунку і прогнозу характеристик максимального стоку мають важливе значення для різних галузей народного господарства, які пов’язані з експлуатацією гідротехнічних споруд, захистом населених пунктів від катастрофічних повеней та дощових паводків. Особливо актуальні дослідження подібних явищ у межах Українського Полісся, де внаслідок Чорнобильської аварії при проходженні дощових паводків в умовах підпору, спостерігається виклинення грунтових вод на поверхню, що в свою чергу сприяє активному виносу радіонуклідів до руслової мережі.

Тема дисертаційної роботи входить до координаційного плану Міносвіти України на 1992 - 97 рр. “Небезпечні гідрологічні явища та рохрахунок їх характеристик для забезпечення водогосподарського будівництва на річках України (№ ДР0193 и 27779)” і направлена на вирішення завдань, які містяться у Постанові Кабінету Міністрів України № 37 від 26.01.94 року “Про комплексну програму проведення противопаводкових заходів на 1994-2000 роки”.

Важливість дослідження полягає також і в тім, що діюча нормативна база для розрахунку характеристик паводкового стоку річок Полісся не відображує місцевих умов формування і, як наслідок, не є оптимальною.

Мета та основні завдання наукового дослідження. Метою дослідження є вивчення умов формування паводкового стоку та побудування на цій підставі більш досконалої (порівняно з тими, які використовуються зараз) методики розрахунку максимальних витрат дощових паводків в басейнах річок Українського та Білоруського Полісся, а також встановлення регіональних залежностей між характеристиками паводкового стоку та факторами, що їх обумовлюють.

Основні задачі дослідження:

- здійснити теоретичний аналіз процесів формування паводкового стоку та обгрунтування оптимальної структури формули для побудування методики розрахунку максимальних витрат паводків при відсутності спостережень;

- розробка параметрів регіональної формули швидкостей руслового добігання;

- обгрунтування і узагальнення по території шарів паводкового стоку;

- визначення розрахункових характеристик графіків припливу води зі схилів до руслової мережі;

- побудувати на регіональному рівні залежності для урахування впливу на розрахункові характеристики паводкового стоку (тривалість припливу води зі схилів до руслової мережі та шари стоку) залісеності та заболоченості водозборів;

- оцінка впливу русло-заплавного регулювання на максимальні модулі дощових паводків.

Теоретична і практична цінність дослідження. Автором в результаті аналізу умов формування дощових паводків при неглибокому від поверхні положенні рівня грунтових вод обгрунтовується один з варіантів теоретичної моделі підпертого схилового стоку, сформульованої А.М. Бефані (1983). Виходячи з цього аналізу, а також обробки матеріалів спостережень Держкомгідромету, запропонована регіональна розрахункова схема для визначення максимальних витрат річок Українського та Білоруського Полісся за умов відсутності відповідних матеріалів спостережень.

Робота є закінченим науковим дослідженням, результати якого можуть знайти безпосереднє практичне використання. За своїм змістом авторська розрахункова схема більш надійна, у порівнянні з діючим в Україні та Білорусі нормативним документом СНиП 2.01.14-83.

Наукова новизна дослідження. Положення, які обумовлюють наукову новизну, перш за все, полягають у побудуванні нової розрахункової схеми для визначення максимальних витрат дощових паводків на річках Полісся. Запропонована методика більш досконала, порівняно з нормативним документом СНиП 2.01.14-83 та методиками ряду інших дослідників.

Дисертантом вперше для регіону, що розглядається:

- виконано теоретичний аналіз процесів формування дощового стоку при неглибокому положенні від поверхні рівня грунтових вод;

- обгрунтовані й узагальнені, в залежності від залісеності та заболоченості водозборів, шари паводкового стоку;

- на підставі даних спостережень за максимальним стоком встановлені, в тому числі і з використанням чисельних методів, розрахункові характеристики графіків припливу води зі схилів до руслової мережі;

- досліджені особливості та обгрунтовані кількісні значення трансформації максимальних модулів стоку під впливом русло-заплавного регулювання.

Рівень реалізації та впровадження наукових розробок. Результати дослідження ввійшли до складу проміжного (1994) та заключного (1997) звітів науково-дослідної теми : “Небезпечні гідрологічні явища та розрахунок їх характеристик для забезпечення водогосподарського

з

будівництва на річках України” (тематичний план Міносвіти України): розділ 3 - розробка структури та параметрів формули швидкостей руслового добігання; розділ 4 - статистична обробка часових рядів максимального стоку; розділ 5 - розрахункові характеристики припливу води зі схилів до руслової мережі.

Апробація та публікація результатів. Окремі положення роботи щорічно розглядались на засіданнях кафедри гідрології суші та науково-технічної ради інституту, а в повному обсязі - на розширеному науковому семінарі гідрологічного факультету 10 жовтня 1997 року.

По темі дисертації автором (спільно з науковим керівником) у відповідності до вимог ВАК України опубліковано 4 праці, в тому числі : 3 у збірці “Метеорологія, кліматологія та гідрологія”, а 1 -задепонована. У спільних публікаціях дисертанту особисто належать всі розрахункові матеріали та узагальнення наукових результатів.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 7 розділів, висновків, додатків. Рукопис представлений на 150 сторінках машинописного тексту, включаючи 31 рисунок, список використаних літературних джерел із 82 найменувань, 6 додатків на 41 сторінці.

Декларація конкретного особистого внеску дисертанта у розробку результатів, то виносяться на захист. Автопом самостійно обгрунтована розрахункова схема для визначення максимальних витрат дощових паводків на річках Українського та Білоруського Полісся. В тому числі:

- досліджені умови формування паводків виняткової імовірності перевищення у межах підтоплених низин;

- виконано теоретичний аналіз формування стоку в умовах неглибокого від поверхні положення рівня грунтових вод (чи відносного водоугримуючого горизонту);

- отримані регіональні залежності для врахування впливу лісу і боліт на характеристики паводкового стоку (шари стоку, тривалість припливу води зі схилів до руслової мережі);

- дана кількісна оцінка впливу ефектів русло-заплавного водообміну на трансформацію максимальних витрат дощових паводків.

Програмне забезпечення обчислювальних процедур та трудоемких розрахунків виконано на базі PC ІВМ-486.

На захист виноситься методика розрахунку витрат дощових паводків в басейнах недостатньо забезпечених гідрологічною інформацією річок Українського та Білоруського Полісся, яка в свою чергу спирається на теоретичну модель А.М. Бефані (1958, 1981). Предметом захисту є також окремі складові цієї методики:

- теоретичний аналіз формування “підпертого” схилового стоку в умовах неглибокого від поверхні положення рівня грунтових вод;

- розробки, пов’язані з розрахунками руслового добігання паводкових хвиль виняткової імовірності перевищення;

- результати обгрунтування по території шарів паводкового стоку, спряжених з витратами 1% -вої імовірності перевищення;

- методичні підходи до обгрунтування розрахункових характеристик графіків припливу води зі схилів до руслової мережі (коефіцієнтів нерівномірності та загальної тривалості припливу);

- результати дослідження факторної обумовленості тривалості припливу води зі схилів до руслової мережі під впливом залісеності та заболоченості водозборів;

- отримані чисельним шляхом величини коефіцієнтів русло-заплавного регулювання максимальних витрат дощового стоку та спосіб узагальнення їх по території.

Методологія і методика дослідження полягають у теоретичному аналізі процесів формування схилового стоку в умовах підтоплюваних низин Полісся, статистичній обробці часових рядів максимальних витрат і шарів стоку, географічному узагальненні їх розрахункових характеристик, а також у вирішенні обернених задач відносно деяких розрахункових параметрів, які іншими шляхами на сьогодні не можуть бути отримані (тривалість припливу води зі схилів до руслової мережі, коефіцієнти русло-заплавного регулювання).

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступній частині дисертації наводяться: відомості про стан вивченості проблеми, актуальність дослідження, перелік використаних матеріалів, формулюються основні положення, які складають наукову новизну та предмет захисту.

У першому розділі розглядаються регіональні особливості формування паводкового стоку на території Полісся - фактори підстеляючої поверхні, грунти та рослинний покрив. Особливу увагу приділено кліматичним умовам регіону, температурі та вологості повітря, характеристикам паводкоформувальних опадів.

Довгий час вважалось, що на Європейській території, за винятком дуже малих водозборів, переважними за розмірами максимальних витрат води <2т є весняні повені. Тому більшість досліджень, включаючи й басейн р.Дніпро, присвячені саме розрахункам характеристик весняної повені. Дощові ж паводки в

межах України всюди пов’язувались, головним чином, з випадінням зливових опадів, які охоплюють незначні за розмірами площі, але мають досить велику інтенсивність. З іншого боку, аналіз матеріалів спостережень за опадами та стоком води на річках Полісся показав, що виняткові паводки можуть тут формуватися не тільки на малих чи середніх, а навіть і на великих водозборах. Супроводжуються вони значною кількістю опадів, але не за окрему зливу, а внаслідок випадіння багатодобових дощів, порівняно малоінтенсивних й охоплюючих одночасно дуже великі території. За такий паводковий період кількість опадів доходить до 200 мм і більше. Теоретичні дослідження А.М. Бефані (1983) свідчать про те, що формування паводків в періоди випадіння обложних дощів можливе лише за рахунок так званого “ підпертого” типу стоку, коли на ділянках з неглибоким положенням рівня грунтових вод чи водоутримуючим горизонтом спостерігається виклинювання води на денну поверхню.

В цьому ж розділі пропонується варіант математичної моделі, яка описує процеси формування схилового стоку у межах підтоплюваних низин. Рівняння схилового стоку для фази підйому розглядається у вигляді:

inl+l)y"'j^ + ^ = a(t)-i{t). (!)

Де

a(t).

І- інтенсивність опадів;

- інтенсивність вбирання води грунтом;

С = С0 дУІсх - схилова складова швидкості течії води; у - рівномірно розподілена по ширині схилу глибина потоку;

Щ - приведений гідравлічний показник;

/ - поздовжня координата схилового потоку.

Інтегрування (1) при заданих початкових (/ = 0,у = 0) та граничних (/ = 0,у = 0) умовах, приводить до такої системи порівнянь:

У, =Х-Р„ (2)

І

У2 =

де

at t ~к0

и

V С 1

П]+І

, (3)

Р{ = к01 - сумарні втрати у підстеляючий водоутримуючий горизонт за період часу/ , к0 - усталена інтенсивність вбирання води грунтом,

г

Х( = | й(/)Л (4)

о

Поєднуючи рішення (2) і (3), можна визначити положення на схилі роздільного перерізу І. :

*п

^ к,)'1 ґ‘*' (5)

За умов 1{ — Іт визначається тривалість схилового добігання :

*с* = {^/ С(а^Х ~ко)

І

п1 "

П'+1 (6)

Максимальний модуль підпертого схилового стоку дорівнює:

а) при Ґсх > Т/ (де Т/ - тривалість підпертого водоутворення)

Ч/п>=Рт\ат/ -¡соу, (7)

б) при їсх < Т/

Чт={Ш~)т-к0 (8>

де

коефіцієнт повноти стоку, який дорівнює співвідношенню Іт - загальна довжина схилу.

Динаміка схилового потоку у фазі спаду буде описуватись рівнянням: (іПі+1)уПі^ + ^ = -(ко+Є) (9)

де

Є - інтенсивність випаровування після закінчення дощу.

В загальному випадку, коли Т/ < Ісх, після закінчення водоутворення

через замикаючий створ буде пересуватись нижня частина потоку з глибиною

у = хт/ -{ко + е^Ґ +г) (10)

Після добігання роздільного перерізу і до закінчення стоку в момент часу Ісп (за умови, що у = 0,1—Іт) динаміка глибин буде описуватись рівнянням (9). Тривалість спаду схилового стоку дорівнює:

*сп=<

ІК +е)

пі

7 + =

к0+е

X

ат' ~(к0 +е).

п1+1

(11)

Із умови у=0 , можна записати вираз про тривалість схилового

припливу І ,причому

Г' =

т'

к0+е

(12)

У викладеній теоретичній схемі розглядаються процеси формування підпертого стоку, для утворення якого необхідно, щоб кількість опадів за дощ перевищувала ємкість акумуляції 8Н, тобто Хт > дН. Дослідження виключно високих паводків, які спостерігались на річках Полісся, та опадів, що їх обумовили, дозволили авторові прийти до таких висновків:

- площі зрошування опадами від 100 мм і більше складають від 6 до 11 тис.кв.км;

- тривалість дощових періодів - від декількох годин до 4 - 5 діб;

- шар опадів у складі паводкових періодів доходить до 150 мм і більше.

Запаси продуктивної вологи у метровому горизонті грунту складають на описуваній території від 68 до 190 мм, тому при тривалих опадах (та шарах до 150-200 мм) має місце насичення верхньої товщі і, як наслідок, формування підпертого стоку з високими паводками не тільки на малих, але й на великих річках.

Головні ж висновки та положення теоретичної схеми формування підпертого стоку знайшли своє подальше втілення і розвиток при виконанні розрахунків тривалості припливу води зі схилів до руслової мережі та шарів паводкового стоку.

Другий розділ присвячено огляду розроблених і використаних на практиці методів розрахунку характеристик максимального стоку при відсутності матеріалів безпосередніх спостережень за гідрологічним станом річок. Розглядаються два головних напрямки, на підставі яких побудована більшість діючих розрахункових схем. До першого відносяться, головним чином, емпіричні формули редукційного типу.

Вони виводяться із моделі одномодальних гідрографів схилового та руслового стоку. Інша група розрахункових методів базується на спрощених моделях, в яких розглядаються й описуються аналітично процеси формування максимального стоку. Окремо аналізуються регіональні розробки. В своїй більшості вони спираються на структурні побудування нормативного документу СНиП 2.01.14-83, недоліки якого добре відомі фахівцям.

Виходячи із критичного аналізу сучасного стану в галузі розрахунку максимального стоку на території Полісся, а також розглядаючи особливості формування дощових паводків в умовах неглибокого залягання рівня грунтових вод чи водоутримуючого горизонту, автором пропонується для нормування характеристик паводків виняткової імовірності перевищення використати генетичну модель А.М.Бефані (1981): у

qp=0.28—<pkгє^kyS1Яp, м3/скм2 (13)

де

Ус - шар стоку, спряжений з максимальними витратами 1%-вої імовірності перевищення (мм);

Ір - тривалість руслового добігання (год);

(р - коефіцієнт діючого шару стоку; кг- гідрографічний коефіцієнт;

Єд- коефіцієнт русло-заплавного регулювання;

ку- коефіцієнт просторової нерівномірності розподілу паводкоформувальних опадів;

5¡ - коефіцієнт, який служить для врахування регулюючогого впливу на максимальні витрати озер, ставків, водосховищ.

Формула (13), порівняно з іншими, враховує причино-наслідкові зв’язки між характеристиками стоку та факторами, що їх обумовлюють.

У третьому розділі наводяться результати дослідження швидкостей течії води при проходженні високих паводків та дається обгрунтування регіональної формули для визначення швидкостей руслового добігання паводкових хвиль. За основу прийняте відоме в гідравліці, але дещо модифіковане, рівняння Шезі:

уд=а(2ॠ(14)

Степеневі показники визначені на підставі типизації поперечних профілів русел річок (А.М.Бефані, 1958; P.A. Нежиховський, 1971), а швидкісний коефіцієнт а, обумовлений шорсткістю русел та заплав -по матеріалах про швидкості течії води у момент виходу її на заплаву.

Обчислені по запропонованих схемах ОС і ß практично

співпадають і дорівнюють, відповідно: ОС, =0.35, /?=0.33 (по А.М.

Бефані) та <2=0.34, /?=0.33 (по P.A. Нежиховському). Наведені параметри свідчать про їх практичну рівнозначність. Швидкісний коефіцієнт а, залежний від форми і шорсткості русла та заплави, виражено через площу водозбору, яка є посередньою інтегральною характеристикою розмірів заплави, а, відповідно, й опору потоку води. Для річок Полісся:

В свою чергу й витрати води (^(критичні витрати), які відповідають рівням виходу води на заплаву, обумовлені площею водозбору,а саме:

У розрахунковому варіанті, з урахуванням (15) і (16), регіональна формула швидкості має вигляд:

Четвертий розділ присвячено статистичному аналізу вихідних рядів спостережень за максимальним стоком річок Полісся та просторовому узагальненню розрахункових шарів, спряжених з витратами води опорної 1%-вої імовірності перевищення.

Статистична обробка часових рядів максимальних витрат і шарів стоку проводилась на підставі даних 93-х гідрологічних постів з періодом спостережень від 10 до 86 років, відомості про які наводяться у посібниках “Ресурсы поверхностных вод”, “Основные гидрологические характеристики”, “Гидрологические ежегодники”. Аналіз цих матеріалів здійснювався відповідно до рекомендацій нормативного документу СНиП 2.01.14-83: методами моментів і найбільшої правдоподібності. У тих випадках, коли використання методу найбільшої правдоподібності ставало неможливим, через обмеженість номограм, розроблених С.М. Крицьким та М.Ф.Менкелем, коефіцієнти мінливості Су визначались за методом моментів, а коефіцієнти несиметричності Сх- нормувались по їх

(15)

QKp = 025F°65, м/с

(16)

v = 1.37 F0'1210-33 км /год

(17)

співвідношенню з С„. Діапазон коливань Су досить великий - від 0.29 до 2.16. В залежності від мінливості С5іСу у межах досліджуваної території виделено три райони: 1-й - річка Березина та її притоки (С5/Су=3.0); 2-й - річка Прип’ять з притоками (С5/Су=3.5); 3-й -басейни річок Уж, Ірпень, Тетерев (С5іСу=2.0). У дальшому, замість шарів стоку, рівнозабезпечених з витратами води, бо саме так нормуються характеристики От та У„, за СНиП 2.01.14-83, використовуються шари стоку Ус, спряжені з (¿іо/0 у моделях паводків виняткової імовірності перевищення. Для визначення Ус були побудовані по кожному посту залежності ()т = /(Ут) ■ Виражені вони досить добре - середнє по території значення коефіцієнта кореляції складає приблизно 0.80. При проведенні просторового узагальнення Ус автором, в першу чергу, враховувались основні особливості формування паводків в межах досліджуваної території - це неглибоке положення рівня грунтових вод чи водоутримуючого горизонту та кількість паводкоформувальних опадів. Особлива увага приділялась гідрологічній ролі лісу та боліт, їх можливому впливу на величини шарів стоку дощових паводків, а також деяким висновкам теоретичного аналізу формування стоку в умовах підтоплюваних низин, що наводяться у першому розділі. На першому етапі узагальнення, з метою стиснення вихідної інформації для підвищення надійності встановлення розрахункових шарів стоку, значення Ус були піддані спільному аналізу (С.М.Крицький, М.Ф.Менкель, 1981). На підставі прийому об’єднання сукупностей по середніх величинах шарів

стокуУс, залісеності/л, заболоченості /6 у межах Полісся виділено 21 район. Це дало можливість обгрунтувати залежність

Ус = Гпр+0.59Іл + 0.33/б, (18)

де

Упр- середнє для всієї території значення приведеного шару стоку (37.4 мм), отримане після виключення впливу на Ус лісів та боліт.

Рівняння (18) свідчить про те, що завдяки залісеності та заболоченості поверхні річкових водозборів Полісся, відбувається зростання шарів паводкового стоку, причому на досить значну величину, відносно незалісених й незаболочених об’єктів. Але з іншого боку, вираз (18) - це свого роду парадокс, бо навіть простий аналіз

складових рівняння водного балансу буде свідчити про зворотнє, а саме: на заболочених і залісених ландшафтах шари стоку повинні зменшуватись, під впливом втрат на попередню акумуляцію та наступне випаровування. За таким сценарієм формування стоку відбувається лише до моменту виклинення рівня грунтових вод на денну поверхню, тобто до насичення вологою верхнього горизонту. Після цього майже всі опади (без істотних втрат) будуть у вигляді схилового припливу надходити до руслової мережі. Таким чином, факторами прямої дії на процеси формування паводків підтоплюваних низин є саме рівні грунтових вод, а залісеність і заболоченість виступають як посередні інтегральні показники цього явища, бо останні в умовах Полісся займають перезволожені ділянки водозборів.

П! ятий розділ присвячений питанням визначення коефіцієнтів діючих шарів стоку (р та оцінки впливу на максимальні витрати форми водозборів у плані (через гідрографічні коефіцієнти кг). З цією метою, на підставі досліджень ряду авторів, особливо А.М. Бефані та Є.Д. Гопченка (1981), наводяться відповідні розрахункові рівняння:

а) при Ір/Т0< 1.0

Обгрунтування розрахункової тривалості припливу води зі схилів до

рівняннях (19) - (21), наводяться у наступному - шостому розділі.

При наявності воднобалансових станцій, на яких організовані спостереження за стоком малих річок за допомогою самописців, особливих проблем визначення них параметрів нема. Але ж мережа їх, як відомо, дуже обмежена, тому в дисертаційній роботі використовується метод обгрунтування параметрів графіків схилового

(19)

р = 2бІр/Т0\і-0<>б(іг/Тс)СМ

(20)

б) при Ір/Т0< 1.0

(21)

руслової мережі Т0, а також коефіцієнтів нерівномірності схилового стоку (П+ Ґ)Iїї, які в свою чергу обумовлюють степеневий показник у

припливу, який запропоновано Є.Д. Гопченком (1975) і який спирається на дані гідрологічних станцій і постів Держкомгідромету. Його суть відносно коефіцієнта схилової нерівномірності стоку

(п + ї)Іїї полягає в наявності зв’язку

т,+1 , П+1

~І— = кт----------, (22)

т1 п

де

(іП1 + ї)/}П]- коефіцієнт нерівномірності руслового стоку, а 0<кт< 1.0. При площі водозбору 17—>0 відношення (т] + І)/Мі приймає своє верхнє граничне значення, яке співпадає з коефіцієнтом схилового стоку [п + 7)/л, тобто екстраполяція функції [т1 +1)/т, = /(Ґ) на вісь ординат приводить до шуканої величини параметру нерівномірності схилового стоку.

Для досліджуваної території Полісся отримані такі характеристики графіків припливу паводкових вод до руслової мережі:[п+ 7)//2 »26.0, її «0.04. Занадто великі значення [п+^/п

свідчать про високий ступінь трансформації схилового стоку, але типовий для паводків підпертого походження. Між іншим, подібні коефіцієнти скоріше властиві весняним повеням з їх розтягнутою у часі багатодобовою тривалістю припливу талих вод до руслової мережі (Є.Д. Гопченко, Т.О. Сімонова, 1981; Є.Д. Гопченко, Т.В. Деркач, 1990). Для дощових паводків більш звичайними значеннями є {її + Ї)/їі близько 3.0-4.0.

Загальна тривалість схилового припливу паводкових вод до руслової мережі Т0, через відсутність вимірюваних даних, частіше за все визначається за допомогою розв’язання так званих обернених задач. У шостому розділі детально описуються способи встановлення Т0 на підставі об’ємної, редукційної та генетичної моделей. В цій роботі використано метод, запропонований Є.Д. Гопченком (1975), основу якого складає формула (13) при параметрично заданих (р та кг, відповідно, рівняннями (19)-(21). Тривалість схилового припливу

Т0 на території Полісся буде визначатись в залежності від співвідношення І / Т0. Так,

а) при 1<Т0

т0 =

/ у \ 0.96

7 0 ус£пку (1О4Т00 04 ~0№р0 04)0'96, (23) Чі% ) У 1

б) при Ір>Т0

( а Л

1.96-------

V 0.28Усєпк р)

Т0 = 1.96

ІР°М (24)

У

Для розв’язання наведених рівнянь використовується метод простої однокрокової ітерації з деякими обмеженнями відповідно до добутків

Є^ку. Значення Т0 в межах досліджуваної території Українського та

Білоруського Полісся змінюються від 110 до 344 годин. Досить великі розміри тривалості схилового припливу є характерними для областей контактного (за термінологією А.М. Бефані) та підпертого стоку, бо їх гідрографи за рахунок схилового регулювання дуже розтягнуті у часі.

Найбільш відомі способи нормування розрахункових величин Т0

- це районування або відображення їх картою ізоліній. На відміну від весняної повені, для якої просторова мінливість Т0 обумовлена, головним чином, широтним розподілом тепла й вологи, дощові паводки більш піддані випадковостям. Суттєво впливають на тривалість схилового припливу паводкових вод до руслової мережі такі фактори природного зарегулювання стоку як залісеність і заболоченість водозборів. В такому випадку:

Т0(їл,Іб) = Т0клк6, (25)

де

Т0- тривалість схилового припливу за умови, що/л-/6 = 0\

кл,к6- коефіцієнти впливу на Т0 залісеності і заболоченості

водозборів. Для Полісся (7^= 10 год):

кл = 1+1.27 /#(/, +1), (26)

а

к6 = 1 + 0.251Є{/б/5) (27)

У сьомому розділі наводяться результати дослідження та рекомендації щодо врахування впливу на максимальний модуль паводкового стоку русло-заплавного регулювання, ставків, озер, водосховищ. У розрахунковій формулі (13) трансформація паводкових вод (при обмеженій чисельності та розмірах штучних водойм проточного типу) відбувається під впливом двох процесів - руслового добігання та русло-заплавного водообміну й регулювання. Роль русло-заплавного регулювання у формуванні максимального стоку занадто велика й тому невипадково, що в останніх роботах А.М. Бефані та

Н.Ф. Бефані (1975, 1981) рекомендуються дуже важливі корективи до відомого деференційного рівняння (А.М. Бефані, 1958), внаслідок чого воно записується у вигляді:

де

(1+ а^ несе на собі навантаження, пов’язене з ефектами русло-

заплавного регулювання.

Визначення коефіцієнтів [і + СС^ шляхом прямих вимірювань не

тільки утруднене, але й навряд чи можливе, через складності процесів русло-заплавного водообміну. Тому найбільш придатним способом

може бути встановлення параметрів Єп чисельним шляхом на підставі розрахункової схеми максимального стоку. Але на жаль, виявити власний вплив на максимальну витрату ()т коефіцієнта Єп дуже складно, бо як бачимо із (13), до розрахункової формули входить ще один редукційний параметр - ку. Всебічний аналіз повеневого та паводкового стоку показав, що коефіцієнт просторової неоднорідності розподілу розрахункових шарів стоку ку в межах Полісся, незалежно від площі водозборів, можна прийняти на рівні одиниці. Така поведінка функції ку = /(Т) характеризується особливостями формування високих паводків на річках Полісся:

1) при неглибокому від поверхні положенні рівня грунтових вод і великій кількості опадів за дощовий період підпертий стік супроводжується тотожністю к у»кх (де кх- коефіцієнт просторової нерівномірності сгокоформувальних опадів);

2) значення & «1.0 свідчать про вирівнювання кількості опадів, навіть

на великих площах, внаслідок повторного випадіння дощів всередені паводкових періодів.

Безумовно, ці обставини дещо спрощують розрахункову схему, а з іншого боку, дають можливість безпосередньо визначити коефіцієнт

русло-заплавного регулювання в результаті розв’язання оберненої

задачі. Узагальнення Єц по території Полісся проведено в залежності від площ водозборів. Якість запропонованої методики в цілому задовільна. Середнє відхилення розрахункових модулів (¡]% від вихідних даних (93 водозбори з площею від 8.1 до 120000 км2) склало ±15.1%, що відповідає точності матеріалів спостережень за максимальним стоком виняткової імовірності перевищення.

У висновках наводяться основні результати дисертаційної роботи, які коротко можна викласти таким чином:

1. У зв'зку з тим, що грунтові води на описуваній території знаходяться близько від поверхні, а кількість опадів у дощові періоди доходить до 150 мм і більше, на підтоплених низинах виникає так званий підпертий стік.

2. Опади, обумовлюючі підперте водоутворення, охоплюють досить великі площі (6-11 тис.кв.км), що сприяє формуванню високих дощових паводків, навіть на великих річках Полісся.

3. Аналіз розрахункових методів та умов формування максимальних витрат і шарів паводкового стоку річок Полісся свідчать про недостатню обгрунтованість діючого нормативного документу СНиП 2.01.14-83 та регіональних розробок для відображення всього комплексу природних факторів. Запропонована розрахункова схема спирається на генетичну теорію стоку А.М.Бефані.

4. Для того, щоб запобігти спотворенню розрахункових гідрографів дощових паводків, внаслідок рівнозабезпеченості витрат і шарів стоку, автором за опорні характеристики прийняті витрати 1%-вої імовірності перевищення, а шари стоку визначені як величини, спряжені з ними у моделі найбільш високих паводків.

5. Вперше для досліджуваної території обгрунтовано залежності розрахункових шарів стоку і тривалості припливу води зі схилів до руслової мережі від залісеності та заболоченості водозборів, які посередньо характеризують можливі ділянки формування підпертого водоутворення.

6. Визначені й узагальнені по території в залежності від розмірів водозборів коефіцієнти русло-заплавного регулювання максимального стоку.

7. Обгрунтована на регіональному рівні формула швидкостей руслового добігання паводкових хвиль виняткової імовірності перевищення.

8. Запропонована дисертантом методика розрахунку характеристик максимального стоку дощових паводків на річках Полісся при відсутності матеріалів безпосередніх спостережень за їх гідрологічним режимом задовольняє необхідній точності і рекомендується для практичного використання, замість діючого поки що в Україні нормативного документу СНиП 2.01.14-83.

Список опублікованих наукових праць, у яких відображені основні положення дисертації:

1. Гопченко Е.Д., Мокина Н.В. Особенности формирования паводочного стока в районах с высоким уровнем залегания грунтовых вод (на примере рек Полесья) // Метеорология, климатология и гидрология. - 1995. - № 32. - С. 179 - 183.

2. Гопченко Е.Д., Мокина Н.В. Русло-пойменное регулирование // Метеорология, климатология и гидрология. - 1995. - № 33. - С.91- 94.

3. Гопченко Е.Д., Мокина Н.В. Оценка влияния местных факторов на продолжительность склонового притока (на примере рек Полесья) // Метеорология, климатология и гидрология. - 1997. - № 34. - С.231- 239.

4. Обоснование методики расчета продолжительности притока воды со склонов в русловую сеть / Гопченко Е.Д., Мокина Н.В.; Одес.гидрометеоролог.ин-т. - Одесса, 1996. - 14с. - Рус,- Деп. в ГНТБ Украины 03.01.96, №11 - Ук 96 // Анот.в р.ж. №1, 1997.

АНОТАЦІЯ.

Мокіна Н.В. Дощовий стік річок Полісся в умовах неглибокого залягання грунтових вод.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія,- Одеський гідрометеорологічний інститут, Одеса, 1998.

Дисертація присвячена умовам формування та розробці методики розрахунку характеристик паводкового стоку невивчених річок Полісся. Методичною базою при побудуванні розрахункової схеми руслового стоку є розрозроблена А.М.Бефані генетична формула, яка дає змогу у параметричному вигляді врахувати весь комплекс природних факторів. Параметри розрахункової схеми обгрунтовані даними спостережень за стоком річок на стаціонарній мережі Держкомгідромету. Низка невимірюваних величин

(характеристики схилового припливу води зі схилів до руслової мережі, коефіцієнти русло-заплавного регулювання) встановлювались чисельним шляхом. Виявлено істотні впливи факторів схилового регулювання стоку ( залісеності та заболоченості) на спряжені шари стоку та тривалість припливу води зі схилів до руслової мережі. Основні результати і методика розрахунку максимальних витрат води виняткової імовірності перевищення річок Полісся, в цілому, рекомендуються до практичного використання замість застарілого і малопридатного в умовах описуваної території нормативного документу СНиП 2.01.14-83.

Ключеві слова : дощові паводки, підпертий стік, максимальні витрати, шари стоку, статистичний аналіз.

Мокина Н.В. Дождевой сток рек Полесья в условиях неглубокого залегания грунтовых вод. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. - Одесский гидрометеорологический институт, Одесса, 1998.

Диссертация посвящена исследованию условий формирования и разработке методики расчета характеристик паводочного стока неизученных рек Полесья. Методической базой при построении расчетной схемы руслового стока явилась разработанная А.Н.Бефани генетическая формула, позволяющая в параметрическом виде учесть

весь комплекс природных факторов. Параметры расчетной методики обоснованы данными наблюдений за стоком рек на стационарной сети Госкомгидромета. Ряд неизмерямых величин (характеристики склонового притока воды со склонов в русловую сеть, коэффициенты русло-пойменного регулирования) установлен численным путем. Обнаружено существенное влияние факторов склонового регулирования стока (залесенности и заболоченности водосборов) на сопряженные слои стока и продолжительность притока воды со склонов в русловую сеть. Основные результаты и методика расчета максимальных расходов воды редкой вероятности превышения рек Полесья, в целом, рекомендуются для практического применения, вместо устаревшего и малопригодного для условий описываемой территории СНиПа-2.01.14-83.

Ключевые слова: дождевые паводки, подпертый сток,

максимальные расходы, слои стока, статистический анализ.

N.V. Mokina. Polesije rivers rain flood under conditions of not deep position of unconfined ground water. - Manuscript.

The dissertation on a competition of scientific degree of candidate of geography on speciality 11.00.07 - Land hydrology, water recourses, hydrochemistry. - Odessa Hydrometeorological Institute, Odessa, 1998.

The dissertation is dedicated to a research of conditions for forming Polesije unstudied rivers flood flow and a development on flood flow characteritic methods. As a methodical basis for calculating diagram construction of channel flow was the genetic formula offered by A.N. Befani for taking into account complex of environmental factors entirely in parametric form. The parameters of the calculating methods are founded by runoff observing data from Goskomgidromet Stationary network. A number of unmeasurable values (characteristics of surface flow from slopes to channel flow, coefficients of river channel - river plain management) is determined by numerical wary. A substantial effect of factors of the runoff slope management (reforestation and swamping in drainage area) on conjugated runoff layers and confluent duration from the slopes to concentrated flow is found. The main results and the methods for the calculating of the maximum water discharge with an occasional probability of the Polesije rivers exceeding are recommended as a whole for practical use instead SNiPa - 2.01.14-83 wlich is out of date and of little of use under the conditions of the described territory of SNiPa - 2.01.14-83.

Key words: rain floods, proped flow, maximum water dicharge, flow layers, statistical analysis.