Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Максимальный сток весеннего половодья рек лесной зоны Западно-Сибирской равнины и его расчет в условиях недостаточной гидрогеологической изученности

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Максимальный сток весеннего половодья рек лесной зоны Западно-Сибирской равнины и его расчет в условиях недостаточной гидрогеологической изученности"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

АСАБИНА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

УДК 551.428.2(571 Л): 556.165 с<321»

МАКСИМАЛЬНЫЙ СТОК ВЕСЕННЕГО ПОЛОВОДЬЯ РЕК ЛЕСНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДРЭ-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ И ЕГО РАСЧЕТ В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТОЧНОЙ ГИДРОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ

Специальность 11.00.07 - гидрология суш, водные ресурсы и гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геогра(}ических наук

МОСКВА 1993

) / I '

' /

■V / ГГ

Работа выполнена на кафедре гидрологии суш факультета Московского государственного им.М.В.Ломоносова.

географического университета

Г\учный руководитель - доктор географических наук,

доцент А.В.ХРИСТОФОРОВ

Официальные оппоненты - доктор географических наук,

ведущий научный сотрудник С.П.НИКИТИН

кандидат географических наук, старший научный сотрудник С.В.ЯСИНСКИЙ

Ведущая организация - Уральский государственный технический университет - УПИ

Защита диссертации состоится 18 ноября 1993 г. в IS часов на заседании специализированного гидрометеорологического совета Д-0В3.03.30 в Московском государственном университете им.М.В.Ломоносова по адресу: II9899, Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, аудитория 18-01.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан " октября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного

гидрометеорологического совета в

МГУ, кандидат географических наук С.Ф.Алексеева

^МлсииЛс

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В работе предлагается региональная методика расчета максимального весеннего стока неизученных рек лесной зоны ЗападноСибирской равнины.

Актуальность работы. Весеннее половодье является характерной и основной фазой водного режима рек данного региона. Важнейшей задачей гидрологических расчетов является определение экстремальных расходов, от которых зависит стоимость и генеральные парадатри проектируемых сооружений (гидротехнических, транспортных, мелиоративных и др.). В условиях недостаточной гидрологической изученности района отсутств1.з надежных и обоснованных сведений о максимальных весенних расходах и уровнях воды при проектировании нефте-и газопроводов, дорог и мостов повышает риск их разрушения, а значительное завышение точности расчетов дезориентирует практику водохозяйственного проектирования и приводит к неоправданному перерасходу средств, недооценке роли полевых изысканий, к ложной экономии на изыскательских и проектных работах. Оценка реальной точности экстремальных расходов способствует максимальной эффективности капитальных затрат. Совершенствование методики определения максимальных расходов дает возможность улучшить вероятностное прогнозирование высоких наводнений на реках Западно-Сибирской равнины, которые приводят к подтопление населенных пунктов, промышленных" объектов и сельскохозяйственных угодий, что ведет к безопасности людей и сохранению материальных ресурсов. Для охраны гидросферы также необходимы надежные количественные сведения об экстремальных расходах и их вероятности. Это позволяет оптимизировать задачи охраны природной среды и решать проблемы, связанные с управлением водными ресурсами.

Состояние изученности проблемы. Общие закономерности формирования весеннего половодья равнинных рек отражены в работах В.Д.Комарова, Е.Г.Попова, П.С.Кузина, АЛ!.Субботина. Исследованиям и методик« расчета максимального стока рек Западно-Сибирской равнины посвящены работы Г.Д.Эйриха С1967 г.), монографии "Ресурсы поверхностных вод СССР" (1972,1973 гг.), Д.А.Буракова (1983 г.), СНиП 2.01.14-83 (1983 г.), О.П.Никитина и В.А.Земцова (1986 г.). Все предложенные методы расчета основываются на применении формулы редукционного типа, где ядром является региональная эмпирическая степенная зависимость модуля стока от площади водосбора'. Помимо размеров водосбора и исследуемого параметра (элементарный модуль стока, коэффициент дружности, слой суммарного весеннего стока, слой талого стока) в расчетных формулах учитываются также залесен-ность, заболоченность и оэерность, но относительно их использования в формулах единого мнения нет. Методики получены по материалам 60-80 створов гидрометрических наблюдений с продолжительностью до 1978 г. и дают разноточные результаты со средней квадратической погрешностью от 35 до 100%. Этим вызывается необходимость повышения точности расчета максимальных расходов воды весеннего половодья на основе более продолжительных рядов наблюдений по большему числу пунктов с охватом более обширных Территорий.

Цель исследования состоит в разработке более совершенной методики расчета максимального стока половодий для неизученных и малоизученных рек лесотундры и лесной зон Западно-Сибирской равнины на основе исследования пространственной изменчивости весеннего стока. Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ условий формирования весеннего стока и факторов, определявших временную изменчивость максимальных расходов половодий.

2. Статистический анализ рядов наблюдений, включающий проверку их однородности и независимости, оценку функции распределения вероят-

ностей максимальных расходов и оценку их пространственной корреляции.

3. Определение фактической надежности существующих методов расчета максимального стока половодий.

4. Выявление наиболее важных факторов пространственного распределения максимального весеннего стока и разработка более надежной региональной методики его расчета в условиях недостаточной гидрологической изученности.

Материалы, используемые в работе, получены из официальных источников гидрологических данных: "Ресурсы поверхностных вод СССР", "Основные гидрологические характеристики", "Ежегодные данные о резки?« поверхностных чод суши". Исследования основываются на материала1' гидрометрических наблюдений по 77 пунктам, расположенным на реках территории, охватывающей зоны лесотундры и лесной, без бассейна р.Иртыш. Продолжительность наблюдений - от 6 до 52 лет при среднем значении 24 года с периодом наблюдений по 1987 г. Водосборные площади изменяются от 50 до 100 ООО км1.

Предмет защиты состоит в том, что для неизученных рек лесной зоны Западно-Сибирской равнины разработана более надежная методика расчета максимальных расходов воды весеннего половодья. Научная новизна обусловлена следующими результатами:

1. На более обширном фактическом материале выполнен полный стати--стический анализ исходных рядов гидрометрических наблюдений, включающий проверку их однородности, независимости и соответствия теоретическому распределению вероятностей, оценку' параметров и точно-ста расчета максимальных расходов воды малой обеспеченности при наличии данных наблюдений.

2. Выявлено, что в условиях лесотундры и лесной зоны ЗападноСибирской равнины средний уклон водосбора выступает в качестве интегрального показателя особенностей формирования половодья и фак-

тора пространственной изменчивости максимального весеннего стока.

3. Выявлен и отражен в картографической форме ряд закономерностей пространственного распределения ха; ахтеристик временной изменчивости максимального весеннего стока.

4. Получена региональная методика по расчету максимального стока половодий неизученных и малоизученных рек данного региона, позволявшая повысить точность расчета почти в два раза по сравнении с методиками, предлагавшимися ранее.

Практическое значение. Полученные в работе результаты по расчету максимального весеннего стока могут быть полезны для всех научных и проектных организаций, занимающихся инженерными гидрологическими расчетами, экологической оптимизацией природоохранных мероприятий и использования природных ресурсов на территории Западно-Сибирской равнины. Предложенная региональная методика использовалась в рамках хоздоговорной работы "Экологическая паспортизация компрессорных станций по трассе магистральных газопроводов Тюмен- • ской области", выполненной с участием автора в ТОО "Прикладные экологические исследования" по заказу ПО "Тюменьтрансгаз". •

Апробация работы. Результы исследований докладывались на научных семинарах кафедры гидрологии суши географического факультета МГУ (г.Москва, 1992 и 1993 гг.). По теме диссертации опубликована одна статья и одна находится в. печати.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений. Диссертация содержит 354 страницы, включая 137 страниц машинописного текста, 59 рисунков в основном тексте и 14 рисунков в приложении, 13 таблиц в основном тексте и 19 таблиц в приложении. Список использованной литературы включает 135 публикаций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены актуальность работы, состояние изученности решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна работы.

Глава I. Условия формирования максимального весеннего стока рек лесной зоны Западно-Сибирской равнины.

Исследуется обширная территория леснсй зоны Западно-Сибирской равнины без бассейна р.Иртыш. Большая протяженность Западно- -Сибирской равнины с севера на юг позволяет наблюдать здесь хорошо выраженную зональность распределения тепла и влаги. В пределах рассматриваемой территории выделяются три климатические зоны: избыточного увлажнения и недостаточной теплообеспеченности, избыточного увлажнения и достаточной теплообеспеченности, оптимального увлажнения и достаточной теплообеспеченности. Зональное распределение тепла и влаги, в свою очередь, определяет широтный характер размещения природных зон и подзон Слесотундра, северная тайга, средняя таЯга, южная тайга, осиново-<5ереэовые леса) с севера на юг. Равнинно-низменный рельеф, горизонтальное и близкое к поверхности залегание водоупорных горизонтов, замедленный поверхностный и подземный сток, наличие впадин и достаточное количество осадков способствуют образованию большого количества озер и болот. В центральной части лесной зоны заболоченность территории составляет около 50%, а местами достигает 60%. Вследствие равнинного рельефа территории уклоны рек малы и изменяются от 0.1 до 16%>. Питание рек преимущественно снеговое. Весеннее половодье является наиболее многоводной и основной фазой водного режима всей рассматриваемой территории.

Проведено исследование возможных превышений расходов дождевых паводкбв над весенними с их количественной оценкой. Для площадей

водосборов более 35 тыс.км' вероятность превышения весенних максимумов над летне-осенними составляет 100%. В целом для всей территории при площадях менее 35 тыс.км1 вероятность превышения весенних максимумов уменьшается от 98% С подзона осиново-березовых лесов) до 86% (подзона северной тайги). Минимальная площадь водосбора. при которой максимумы весеннего половодья всегда превышают максимумы дождевых паводков, уменьшается в направлении с севера на юг. Аналогичный вывод об уменьшении площадей с севера на юг получен А.А.Соколовым в 1965 г. для Европейской территории СССР.

Климатические условия формирования стока половодий определяются следующими метеорологическими фактора!®: снегозапасами в бассейне реки, интенсивностью снеготаяния и его продолжительностью, предшествующим снеготаянию увлажнением почво-грунтов и их промер-оаеммостью, испарением в период подъема половодья, осадками, выпадающими в период ПОЛОЕОДЬЯ.

Факторы подстилающей поверхности С геологическое строение, рельеф местности, величина и форма бассейна реки, почвы, озер-ность, заболоченность, лесистость) определяют характер распределения снега на водосборе, аккумуляцию талой воды на его поверхности, инфильтрацию талых вод, скорости стекания и время добегания по склонам и русловой сети, видоизменяют общий характер половодья, обусловленного климатическими факторами. В специфических условиях Западно-Сибирской равнины пологость рельефа и незначительность уклонов рек составляют одну из наиболее характерных особенностей формирования стока, что хорошо прослеживается на зависимости нормы максимального стока весеннего половодья от уклона водотока (рисЛ). Причем, влияние рельефа на формирование максимального стока половодья оказывается сильнее, чем Елиягие площади водосбора (рис.2). Следует отметить, что в обоих случаях наблюдается ослабление этих связей с севера на юг в соответствии с климатическими

1дм

-(.5 -1 -0.5

Рис.1. Зависимость среднего многолетнего модуля максимального весеннего стока от уклона реки

1.3

1д ><

1дМ

га 2.8 гА-2Л

г 1.8 1.6 1.* 1.2

1

к"

X

о

Ч : а :

............................щ..

........г-Н*"ЛГ'Х '

• а сз^ О

.......................

Чь ; □ : а В а о ...................я=>................;.......

1.5

2.5

ЗЛ

<5

РИС.2.

Зависимость среднего многолетнего модуля максимального весеннего стока от площади водосбора

зонами. Рельеф местности определяет не только интенсивность процесса отекания талых вод, но и соотношение между стоком и его потерями, т.е. структуру водного баланса. Большая роль уклона водосбора ч реки в пространственном распределении водного стока рек Западно-Сибирской равнины отмечалась в работах К.Н.Дьяконова, Л.К.Малик, Н.А.Антипова, А.В.Кокорева. Таким образом, средний уклон реки является интегральным показателем условий формирования максимального весеннего стока, что является интересной особенностью для рассматриваемой территории Западно-Сибирской низменности.

Глава 2. Расчеты максимального весеннего стока рек ЗападноСибирской равнины при наличии материалов гидрометрических наблюдений.

В главе анализируются ряды многолетних колебаний максимальных расходов весеннего половодья в гидрометрических створах, неравномерно расположенных на территории исследуемого региона.

При проверке однородности рядов наблюдений за максимальными расходами воды весеннего половодья, для каждого створа применялась стандартная статистическая процедура: ряд разбивался приблизительно пополам; оценки дисперсии по каждой половине ряда сравнивались с помощью критерия Фишера; оценки среднего - с помощью критерия Стыодента. Проверка показала, что все анализируемые ряды можно считать достаточно однородными.

Для проверки независимости рядов, т.е. отсутствия внутриряд-ной скоррелированности, применялся критерий Дурбина-Ватсона, который не обнаружил статистически достоверной корреляции между смежными членами практически для всех рядов.

С применением метода приближенного наибольшего правдоподобия были получены оценки величин среднего многолетнего максимального

модуля стока Я и коэффициента вариации Су и определена точность этих сценок.

На рассматриваемой территории средний многолетний максимальный сток половодья, количественно представленный модулем й , уменьшается с севера С300 л/с-кмЪ на юг СЗО л/с-кмЪ и определяется со средней погрешностью 8% при максимальном значении 30%.

Коэффициент вариация Су, характеризующий изменчивость максимального весеннего стока, возрастает к югу Сот 0.2 на севере до 0.0 на юге) и определяется со средней погрешностью 7% при максимальном значении 24%. Отношение коэффициента асимметрии Сз к коэффициенту вариации колеблется от I до 3.

Использование кодифицированного варианта критерия "обеспечен-носси обеспеченностей" показало, что изменчивость максимальных расходов воды от года к году удовлетворительно описывается с помощью гамма-распределения вероятностей с соотношением Св = 2СV. Такое упрощенное решение правомочно в силу того, что простанствен-ная изменчивость параметра Сз/Су не превышает случайных ошибок его статистического определения по ограниченным рядам наблюдений.

О использованием гамма-распределения при Св = 2Су и оценки величин Я , Су били получены величины максимального модуля половодья 1%-ной обеспеченности М^. Попытки расчета величин модуля половодья обеспеченностью менее 1% не делались, так как неизбежные статистически неконтролируемые отклонения фактического распределения вероятностей от теоретического гамма-распределения не позволяют получить сколько-нибудь удовлетворительную точность их расчета даже для самых продолжительных рядов наблюдений. Значения определяются по имеющимся рядам наблюдений со средней ошибкой 18% при максимальном значении 56%. Наибольшие значения максимальных модулей 1%-ной обеспеченности на рассматриваемой территории пре-

восходдт средние многолетние величины в 2-3 раза.

Глава 3. Расчеты максимального весеннего стока равнинных рек в условиях недостаточной гидрологической изученности.

Учя оценки возможностей использования метода прямой гидрологической аналогии в данном регионе была проанализирована пространственная корреляция колебаний максимальных весенних расходов. Всего определено 5929 значений коэффициентов парной корреляции. Расстояния между центрами их бассейнов в большинстве случаев велики из-за обширности территории и неравномерности распределения гидрометрической сети. В целом по исследуемой территории в корреляционной расчетной зависимости СИ > 0.7) находятся только 14% точек от общего числа имеющихся точек парной корреляции. Следовательно, густота расположения пунктов с продолжительными рядами наблюдений в общая продолжительность наблюдений не позволяют для подавляющего большинства рек использовать метод прямое гидрологической аналогии для расчета максимальных обеспеченных расходов половодий.

В настоящее время существует пять методов и две разновидности расчета максимального стока половодий неизученных рек ЗападноСибирской равнины. По каждому гидрометрическому створу произведены расчеты всеми методами. Сравнивались значения, полученные по данным гидрометрических наблюдений, со значениями, полученными по редукционным формулам, и оценивалась точность расчета {табл.1).

Во всех предлагаемых методах расчета указывается, что точность расчета составляет 10-15%, тогда как при использовании этих методов получаются цифры от 35 до 100%. Причина различий в том, что точность методик оценивалась на "зависимом" материале, т.е. по тем же данным, по которым методика разрабатывалась. Проверку же целесообразно проводить на "независимом" материале, т.е. по данным наблюдений, не использовавшихся при ее построении.

Таблица I

Погрешность расчета обеспеченных максимумов половодий

Методы расчета в % Б У.

Г.Д.Эйрих 1967 г. 111!{ с карты 30 90

42 115

"Ресурсы поверхностных вод СССР" 1972,1973 гг. ^ ^ с карты - 2 39

-10 54

СШП 2.01.14-83 1983 г. Ь1?<=Г(Е,СУ,СВ) 37 73

Д.А.Бураков. В.А.Земцов 1983 г. Ву с карты -II - 4* 39 38*

0.П.Никитин, В.А.Земцов 1986 г. Я, с карты - 3 I" 37 31*

- без учета значений по лесотундре и' подзоне северотаежных лесов, так как рекомендуемая территория применения расчетных формул ограничена на севере Сибирскими увалами

Наиболее точные значения максимальных расходов половодья неизученных рек дают методы, предложенные С.П.Никитиным и В.А.Земцо-вым, где в качестве аргумента для вычисления нормы максимального стока используется средний многолетний максимальный модуль стока элементарных бассейнов я, СР ■+ 0). Средняя квадратическая ошибка составила 31-%, а относительная не превысила Iтогда как другие Методики по точности расчета не выходят за пределы 389». Следует отметить, что методика С.П.Никитина. В.А.Земцова оценена без учета слабо изученных северных районов исследуемой территории.

Глава 4. Региональная методика расчета максимального весеннего стока неизученных рек лесной зоны Западно-Сибирской равнины.

"ля выявления роли ведущих азональных факторов в формировании стока и количественной оценки их влияния автором выполнен анализ пространственного распределения стока половодий и его зависимости от физико-географических факторов путем регрессионного анализа.

Исследуемая территория разбивалась на районы, относительно однородные по зональным факторам (климат, растительность, почвенный покров). В качестве первоначального использовалось природное районирование по зонам и подзонам, выполненное Институтом географии АН СССР. Впоследствии, в процессе уточнения эмпирических зависимостей параметров максимального стока от морфометрических характеристик водосборов число районов и их границы уточнялись.

"Для каждого района по данным вошедших в него водосборов строились и анализировались региональные эмпирические зависимости У=<р(Ю, связывающие параметр максимального стока У (в качестве У использовались Я или Су) с различными характеристиками, образующими вектор X. В качестве таких характеристик использовались площадь водосбора Р (кмЪ, его средняя высота Н (м), средний уклон реки J относительная залесенность Гл(%), заболоченность , озерность 103(%).

Рассматривались зависимости В и Су степенного вида от каждого из 6 аргументов во всех возможных сочетаниях двух аргументов, трех аргументов и т.д. Максимальное число аргументов было равно 6. При определении параметров эмпирической зависимости вместо обычного метода наименьших квадратов использовались марковские оценки. В отличие от метода наименьших квадратов подобные оценки позволяют учитывать размеры случайных ошибок определения параметров максимального стока в каждом из спорных пунктов, возникающие

вследствие ограничености рядов наблюдений, а также и пространственную скоррелированность этих ошибок, возникающую вследствие частичной синхронности многолетних колебаний максимального стока в близкорасположенных створах. Анализ возможностей такого подхода, выполненный А.В.Христофоровым, показал его существенные преимущества при разработке региональных методик расчетов стока. Подобный подход особенно интересен для данного региона в силу его недостаточной гидрологической изученности. Более 40% пунктов наблюдений имеют ряды продолжительностью менее 20 лет и, следовательно, дают весьма большие ошибки определения расчетных характеристик максимального стока. Отбрасывание "ненадежных" пунктов с короткими рядами наблюдений привело бы к существенной потере информации и сократило бы размеры территории, для которой разрабатывалась методика. Использование марковских оценок, предполагающее учет отдельных пунктов с весом, обратно пропорциональным погрешности определения характеристик стока, позволяет избежать подобных издержек и существенно повысить точность расчетных зависимостей.

Анализ десятков различи :х зависимостей Я и Су от Р, Н, .1, Гл, Г03, выполненный для относительно однородных в климатическом отношении районов исследуемой территории, подтвердил ранее сделанные выводы Г.Д.Эйриха, Д.А.Буракова, С.П.Никитина о нецелесообразности учета залесенности, заболоченности и озерности водосборов при описании пространственной изменчивости максимального стока половодья. Из-за высокой степени заболоченности, озерности, залесенности различия этих показателей по отношению к максимальному весеннему стоку оказываются несущественными и потому они не влияют на точность расчета. Наиболее существенным ее азональным фактором оказался средний уклон реки, отражающий общий наклон территории водосбора в условиях плоского и однообразного рельефа Западно-Сибирской равнины.

Анализ зависимостей среднего многолетнего максимального весеннего стока от площади водосбора и уклона реки показал, что связь с уклоном более значима, чем с площадью водосбора (рисЛ,2).

Б частности, изменение от пункта к пункту значений А и Су максимального стока в большей степени зависит от разницы между средними уклонами рек, чем от разницы в их площадях. На слабость влияния размера площади водосбора на максимальный весенний сток впервые указал в Л867 г. Г.Д.Эйрйх.

Для расчета максимального весеннего стока неизученных рек исследуемой территории в работе были предложены формулы:

а.

Я = (I)

а,

Су-С.-1Г' (2)

где Ц, и С0 приведенные к единым условиям картографируемые параметры, соответствующие норме модуля Я и коэффициенту вариации Су водосбора с уклоном реки , т.е. отражающие влияние зо-

нальных факторов: а, и а, - эмпирические параметры. Выполненное

районирование по параметрам а, , а1 выявило общее совпадение

\

границ этих районов с границами климатических зон.

Степень влияния уклона рельефа на величины Я и Су количественно проявляется через параметры а, и ва. Из анализа зависимости суммарных потерь талого стока от среднего уклона реки • выявлено, что задержание вод.в бассейне в период половодья увеличивается с севера (69-75 мм) на юг (120-130 мм). С увеличением уклонов водосборов возрастает интенсивность процессов стекания талых вод и, следовательно, сокращаются потери талого стока. Районы с высокими значениями параметра а, (а, =0.50) приходятся на территорию с меньшими потерями талого стока (рис.3). Параметр а1 отра-

Рис.3 Карта районов с едиными расчетными

значениям* параметра а, в формула (I)

->1 I

жает степень влияния уклона на вариацию максимального стока. В южных районах на величину весеннего стока, кроме снегозапасов и осадков периода таяния, заметно влияет осенне-зимнее увлажнение почвогрунтов, которое значительно изменяется от года к году. .Это отражается в увеличении параметра а, в южном направлении С рис.4). В северных районах осеннее увлажнение всегда велико и колебания талого стока обусловлены прежде всего вариацией подачи воды в период снеготаяния, которое мало изменяется от года к году. Полученные закономерности при районировании территории по параметрам а, и ва хорошо иллюстрируют результаты исследований З.Д.Еуракова, который выявил связь между потерями талого стока и особенностями поверхности водосборов на территории ЗападноСибирской равнины.

Выделение районов по параметрам а, и а, позволило определить для каждого из опорных пунктов значения приведенных параметров MQ и С0. На полученной основе построены карты изолиний (рис.5, б). Карта параметра MQ хорошо отражает четко выраженную зональность его пространственного распределения. Параметр MQ плавно увеличивается с юга на север от 40 л/с-км' до 150 л/'c-км', что вполне соответствует климатическим особенностям территории.

Следует отметить, что рисунок изолиний параметра MQ идентичен изолиниям карты модуля среднего многолетнего максимального стока элементарных бассейнов, построенной С.П.Никитиным и В.А.Зем-цовым. Это указывает на некоторую общность в расчетной схеме - при построении этих карт исключена площадь водосбора. Кроме этого, рисунок изолиний параметра Мц повторяет в целом изолинии карты запасов воды в снеге перед началом снеготаяния по Д.А.Буракову.

Пространственное распределение параметра CQ отражает тенденцию увеличения относительной изменчивости максимального стока с севера на юг от 0.25 до 1.00 (рис.6).

ю

I

Рис.4 Карта районов с едиными расчетные

значениями параметра а2 в формуле (2)

Рис.5 Карта изолиний параметра Ц, в формуле (1),Л/с-ки1

го о

Рис.6 Карта изолиний параметра з формуле (2)

I

го

Отмеченные совпадения карт по изолиниям параметров ^ . С, , Я , Су, рассчитанные по предлагаемой методике, с картами других исследователей указывают на доминирующую роль рельефа водосбора, количественно представленную средним уклоном реки, в трансформации твердых и жидких осадков. Эти карты С рис,5, 6) в сочетании с формулами (I) и (2) и районированием территории по значениям входящих в них параметров (рис.3, 43 предлагаются для расчета нормы Н и коэффициента вариации Су максимального весеннего стока для неизученных рек лесной зоны Западно-Сибирской равнины.

Достоинством предложенных формул по расчету максимального модуля (расхода) половодий для неизученных рек является не только простота их структуры и небольшое число неизвестных параметров, но и то, что они в интегральных показателях отражают два основных процесса при формировании максимального стока - водообразование на склонах водосбора и русловую трансформацию в речной системе.

Оценка реальных возможностей предлагаемой методики производилась на "независимом материале", т.е. путем проверки этой зависимости по данным наблюдений, не использовавшихся при ее построении. Такая проверка затруднительна по той причине, что при построении эмпирических зависимостей обычно используется весь имеющийся материал наблюдений. В этой ситуации оптимальным приемом является метод "выбрасываемой точки", заключающийся в последовательном исключении произвольных групп точек из выборки данных и определении параметров Ц,, С„ по оставшейся выборке. С этой "искаженной" зависимости снимались значения для "выброшенных" точек. Затем точки возвращались в выборку и процедура повторялась с другой группой точек.

Проведенная оценка статистической неустойчивости полученных эмпирических зависимостей показала устойчивость построенных карт, которая формируется за счет физико-географической обоснованности

/

районирования параметров а, и а, , входящих в расчетные формулы (I). (2).

Проверка расчета нормы максимального стока Я , коэффициента вариации Су , обеспеченного'модуля М]^ по предлагаемой методике для неизученных рек исследуемой территории на "независимом" материале дала следующие величины средних квадратических ошибок: БОН) = 16% , БССу)» 21%, ЭСМ^)» 22% . При сравнении погрешности расчета величин М^ по предлагаемой методике с аналогичными результатами других методик Стабл.1) необходимо учитывать, что проверка точности расчета других методик выполнена на "полузависимом" материале, так как методики были построены на рядах других периодов наблюдений (у Д.А.Буракова - до 1972 г., у С.П.Никитина - до 1978 г., у предлагаемой методики - до 1987 г.) и, частично, по другим створам (не охватывают обширную малоизученную северную часть исследуемой территории, но включают территорию Обь-Иртышского междуречья с густой сетью гидрометрических наблюдений). Привлечение более обширного фактического материала, более совершенного статистического анал..за и использование среднего уклона водотока в качестве ведущего фактора локальной пространственной изменчивости максимального весеннего стока позволили повысить точность расчета почти в два раза.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.

1. Преобладание весенних максимумов над летне-осенними наблюдается в 100% случаев при площадях водосборов более 33 тыс.км1, при меньших площадях - в 86%, т.е. весеннее половодье является основной фазой водного режима рек данного региона. Половодье формируется за счет снеготаяния с добавлением дождевого стока на спаде и составляет 60-70% от объема годового стока.

2. Для изучаемой территории ряды многолетних колебаний макси-

мальных расходов весеннего половодья практически однородны, независимы и удовлетворительно соответствуют гамма-распределению вероятностей с соотношением Св=2Су.

3. Средний многолетний максимальный сток половодья уменьшается в южном направлении Сот 300 л/с-км' на севере до 30 л/с-км' на юге). Коэффициент вариации, характеризующий изменчивость максимального весеннего стока, возрастает к югу (от 0,2 на севере до 0,8 на юге). Отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации колеблется от I до 3. Для рассматриваемой территории рекомендуется единое расчетное значение Св=2Су.

4. Существующие региональные методы расчета максимального весеннего стока дают разноточные результаты: средняя квадратическая относительная погрешность расчета составляет от 33 до 100%.

3. В качестве ведущего фактора, объясняющего азональную составляющую пространственной изменчивости максимального весеннего стока рек лесотундры и лесной зоны Западно-Сибирской равнины, используется средний уклон реки, который наилучшим образом характеризует локальные особенности формирования половодья на конкретном водосборе и может косвенно учитывать размеры водосбора, его заболоченность , озерность.

6. Предлагается методика расчета максимальных расходов (модулей) весеннего половодья для неизученных и мало изученных рек данного региона. Методика основана на использовании степенных эмпирических зависимостей среднего многолетнего максимального весеннего стока Я и его коэффициента вариации Су; от среднего уклона реки; на_расчетных картах, показывающих пространственное распределение параметров этих зависимостей; на использовании гамма-распределения вероятностей с Св=2Су.

7. Проверка на "независимом" материале показала, что предлагаемая методика позволяет рассчитать максимальные расходы воды ве-

сенних половодий неизученных рек Западно-Сибирской равнины со средней погрешностью 22%, что не менее, чем в два раза ниже погрешностей расчета по методикам, предлагавшимся ранее.

Основные положения диссертации опубликованы в статье: Е.А.Асабинч, А.В.Христофоров. Пространственная изменчивость максимального весеннего стока рек лесной зоны Западно-Сибирской равнины. - Деп.ВИНИТИ .№218 от 01.02.93. Вестник Моск.университета. Сер.география, й 3, 1993,- 13 с.