Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Обоснование расчетной схемы для нормирования характеристик максимального дождевого стока на территории Причерноморской низменности

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Обоснование расчетной схемы для нормирования характеристик максимального дождевого стока на территории Причерноморской низменности"

ОДЕСЬКИЙ ПДРОМЕТЕОРОЛОГ1ЧНИЙ 1НСТИТУТ

err Сэ

С\|

О

С=г

СО ^

i - I КАЗАНКОВ А ТЕТЯНА ОЛЕКСАНДР1ВНА

УДК 556.166

ОБГРУНТУВАННЯ РОЗРАХУНКОВО!СХЕМИ

ДЛЯ НОРМУ В А ННЯ ХА РА КТЕРИСТИК МАКСИМАЛЬНОГО ДОЩОВОГО СТОКУ НА ТЕРИТОРЙ ПРИЧОРНОМОРСЪ коТ НИЗИНи

11.00.07-гщрологм cyuii, водш ресурси, пдрсшдпя

АВТОРЕФЕРАТ

дисертаци на здобуття наукового ступеня кандидата географ1чних наук

ОДЕСА-2000

Дисертац1ею е рукопис

Робота виконана в Одеському пдрометеоролопчному шституп Мппстерства освгги Украши

Науковий кершник: доктор географ1чних наук, професор Готенко Свген Дмитрович, Одеський гщрометеоролопчний шститут, проректор з науково! робота.

Офщшш опоненти: доктор географ1чних наук, професор Свпплтпий Олександр Олексшович Одеський державний ушверситет ¡м. Ы.Мечшкова, професор кафедри фнично! географи та природокористування;

кандидат географ1чних наук Чебанов Олександр Юршович

Украшський державний науково-дослщний 1 конструкторсько-технолопчний шститут водо-постачання, водовщведення 1 еколога Держбуду Украши, м.Хармв,

завщувач лаборатори шженерного захисту територш 1 гщрогеологи. Провщна установа: Кшвський нацюнальний ушверситет ¿м. Тараса Шевченка, м.Кшв, кафедра пдролоп! та гщрсшми.

Захист вщбудеться " 16 "березня 2000 року о 10 годиш на засщанш спещал130вано! вчено* ради Д 41.090.01 в Одеському гщрометеоролопчному шституп за адресою: 65016, м.Одеса -16, вул.Льв1вська 15, ОГМ1.

3 дисертащею можна ознайомитись в б^блютещ Одеського гщрометеоролопчного шституту за адресою: 65016, м.Одеса -16, вул.Льв1вська 15, ОГМ1.

Авторефератрозюланий " 14 "лютого 2000р.

Вчений секрегар . ы-л

спещашзовано! вчено'1 ради ИъЯ^ОХуО. Лобода Н.С.

ЗАГАЛЪНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуалынсть теми. Катастроф™« повеш, яш в останш роки спостер1галися в багатьох репонах земно! куш, у тому чисш й на р1чках Украши, спричиняли величезш матер^альш збитки, а нерадко I лтодськп жертви, що свщчить про нагальну потребу бшьш глибокого вивчення процеав формування паводшв, удосконалювання розрахунку !х характеристик.

Виняткова важлив1сть 1 актуальшсть дано! проблеми знайшла свое пщгвердження й у прийнятш 26.01.94 року Постанов! Кабшету Мппстр1в Украши №37 "Про комплексну програму проведения протипаводкових заход1в на 1994-2000 рр." На жаль, на шляху рсшшацп цих задач е цший ряд труднопцв, яга багато в чому пов'язаш з недосконал1стю нормативно! бази в обласп розрахунку характеристик максимального стоку, що визначають у кшцевому рахунку надшшсть проектних ршень I безпеку функщонування гщротехшчних споруджень на ручках.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дане дослщження виконане в рамках основних напрямшв науково! д1яльност! кафедри гщрологи супн Одеського гщрометеоролопчного шституту, у тому числи у склад! бюджетних тем "Небезпечш гвдролопчш явшца та розрахунок !х характеристик для забезпечення водогосподарського бущвництва на р!чках Украши" (№ДР 019311027779, 1992-97рр.), "Теоретичне обгрунтування методично! бази для визначення розрахункових характеристик водопшля в басейш р.Дншро" (виконуеться вщповщно до Постанови Верховно! Ради Украши вщ 27.02.97 р., №123/97-ВР та листа Мшосвгги Украши №6/9-446 вщ 28.11.97 р., 1998-2000 рр.), "Розробка ново! нормативно! бази для розрахунку характеристик паводкового стоку на р1чках швденно-захщно! територи Украши та Молдови" (замовник - Одеське обласне виробниче управлшня по водному господарству, 1998-1999 рр.). По останшх двох темах автор приймав особисту участь в !х розробщ.

Мета 1 задач! дослщжеиня. Метою дано! роботи е теоретичне обгрунтування ! розробка нових пщход1в до побудови розрахункових схем максимального стоку р1чок. Для досягнення ще! мети необхщно було виршити так! задач!:

-виконати анал13 сучасного стану в обласп розрахунку максимального стоку;

-зробити з!ставлення р1зномаштних структурних побудов, яга лежать в основ! найбшьш вщомих формул максимального стоку;

-шляхом математичного моделювання виявити особливост! русло-заплавно! трансформац!! максимального стоку при р!зноманггних граф!ках схилового припливу;

-обгрунтувати теоретично розрахункову схему для визначення характеристик максимального стоку;

-здшснити nepeeipKy розрахунково! схеми на матер1алах спостережень за максимальшш стоком р1чок Причорноморсько! низини (залежна виб!рка) i Приазов'я (незалежна виб1рка).

Наукова новизна одержаннх результате. Автором у npoueci робота над дисертащею отримаш так1 HOBi результата:

-встановлено структурш недолпси формул "гранично! штенсивносп", у тому чисгп i 1хньому BapiaHTi, що ввшшов до нормативного документу СШП 2.01.14-83;

-вперше методично обгрунтоваш безрозм1рш комплекси для встановлення характеру редукцп максимальних модул1в ¿з ростом площ водозбору i зроблений пор1внювальний анатз редукцшних залежностей найбшьш вщомих розрахункових побудов;

-вперше виявлеш особливосп трансформацп максимальних модул1в стоку при р1зномаштних графиках припливу води 3i cxmiiB до руслово! мереж^

-запропоновано новий eapiam" розрахунково! схеми, що спираеться на Teopiio руслових i3oxpoH, i здшснена ц персв1рка на матер1алах спостережень за максимальним паводковим стоком на р1чках Причорноморсько! низини (залежна виб1рка) i Приазов'я (незалежна виб1рка);

- удосконалено методику визначення по наявних сгокових рядах спостережень максимальних витрат води опорно! 1%-но! fiMOBipHOcri щор1чного перевищення.

Теоретичне i практичне значения одержаннх результате. У теоретичному плаш в дисертацп сформульоваш i Bupimeni питания, пов'язаш з анашзом сховано! редукцп в широко вщомих формулах максимального стоку, дослщженням русло-заплавного регулювання паводгав i повеней, виявленням нeдoлiкiв формул гранично! штенсивносп, обгрунтуванням нового eapiamy розрахунково! схеми максимального стоку, що спираеться на Teopiio руслових i3oxpoH.

Практичне значения отриманих результат полягае в тому, що автором запропонована бшьш досконала, у пор1внянш з ¿снуючими, методика для визначення характеристик паводкового стоку невивчених pi40K Причорноморсько! низини, яка безпосередньо може бути використана без додаткових доробок.

Результата дисертацшного дослщження ввшшли до заключного звпу бюджетно! теми "Розробка ново! нормативно! бази для розрахунку характеристик паводкового стоку на р1чках швденно-захщно! територн Украши та Молдови" (замовник - Одеське обласне виробниче управлшня по водному господарству, 1998-1999 рр.).

Особистий внесок здобувача. Bei результати, що подан1 в дисертацп та яю характеризуются науковою новизною, належать особисто автору. 3 шшого боку, дисертант у сво!х дослщженнях сшвробтшчав ¡з науковим KepiBHHKOM i колегами по кафедр1 гщрологй cymi. Ряд важливих результате опублшовано i3 ними в епшьних статтях. Внесок автор1в у розробку теоретичних положень, а також положень, пов'язаних з анашзом

сховано! редукцп у формулах максимального стоку та ефек-пв русло-заплавного регулювання - паритетний.

Апробащя результате дисертаци. Результата дисертаци доповщались на м1жнародному симпоз1ум1 "Управлшня й охорона узбережжя твтчно-захедного Причорномор'я" (Одеса, 1996) \ мiжнapoднiй конференцн "Новые подходы к нормированию расчетных характеристик максимального стока" (Кишите, 1998). У повному обсяз1 результата дисертаци були розглянуп I позитивно ощнет на розширеному науковому семшар1 кафедр гщрологи суш, пдроекологп 1 водних дocлiджeнь ОГМ1 (листопад 1999).

Публшацн. За темою дисертаци опублжовано 8 наукових праць, у тому чиаи 5 - у рекомендованих ВАК Украши виданнях, один рукопис -депонований, дв1 публшацп - тези доповщей на конференщях.

Структура та обсяг роботи. Дисертащя складаеться ¡з вступу, 6 роздшв, висновюв, списку вгасористаних джерел, який включае 66 найменувань. Загальний обсяг роботи складае 274 стор1нки, включаючи 24 таблищ, 50 рисуншв та 13 додаттав.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У встуш наводяться вщомост про актуальшсть дисертацшно! роботи, й зв'язок ¡з науковими програмами, темами, викладет основш положения, що складають наукову новизну, даш про публжаци 1 практичне використання результате роботи.

У першому роздш розглядаються принципов! положения, що лежать в основ1 дуже поширено! групи формул, яю 1хшми авторами вщносяться до генетичних. Основш положения теорп формування паводкчв були розроблеш трудами Н.е.Долгова (1916) \ М.М.Протод'яконова (1932), але лише для випадку р1вном1рно! штенсивносп дощу 1 прямокутно! форми водозбору. Найбшьш повний розвиток вона одержала в роботах Г.О.Алексеева (1946), М.А.Велшанова (1940), А.В.Опевського (1946), А.М.Бефаш (1958), Н.Ф.Бефанй (1977).

На вщмшу вщ сво1Х попереднишв, А.В.Опевський (1946) уперше при дослщженш процес1в поверхневого стоку звернув увагу на розб1жшсть м1ж такими поняттями як тривалюгь стокоутворення Т '\ припливу Т0 . У свош георетичшй схем1 вш реал1зував модель трансформацн паводку пщ впливом часу руслового доб1гання не графшв водоутворення /г,, а пдрограф1в схилового припливу (¡'¡. Кр1м того, вш звернув також увагу на сутгевий вплив у процесах трансформаци руслових гщрограф1в регулюючо! да! емносп р1чкових русел, особливо заплав. Причому, як 1 в класичнш модел1 формування максимального стоку, розглядаються два можливих випадки: 1)коли Т0>1р 1 2)коли Т0<Ьр (де 1р - час руслового доб1гання хвшй паводку). У дисертаци виконаний анал1з параметр1в розрахунково1 схеми А.В.Опевскього. Вщзначаеться, що модель руслових ¡зохрон ним реал1зуеться титьки для прогнозу характеристик весняноГ

н

noBeiii. Схема вийшла гром1здкою i тяжко реал1зуемою, нав1ть при спрощувальних процедурах, яю можлив! для пер ¡оду повеш.

Г.О.Алексеев (1946) i А.М.Бефаш (1958) проблему формування паводкового стоку розглядають як задачу спкання води, що надходить вщ дощу або сшготанення, по поверхн1 водозб1рного басейну гад даею сили ваги спочатку у вида суцшьного шару або окремих струмкпв води, а поттм у виг ляд i водяних noTOKiß у найбшьш знижену частину басейну. Г.О.Алексеев у сво!х розробках обмежився тшьки розглядом випадку формування максимального стоку з водозбору прямокутно! форми. Не врахування реально! форми водозбору, як правило вщмшно! вщ прямокутно!, призводить до занижения розрахункових максимум!в i тим у

бшышй creneHi, чим бшьше сшввщношення 1р/Т0.

А.М.Бефан! (1958) при розгляда р!зноман!тних форм руслового та схилового стоку видшяе декшька генетичних тишв зливових паводайв:

1.Повного руслового стоку, що спостер!гаеться на щпбних водозборах ¡з басейновим часом добпання, меншим тривалост! одноразового водоутворення Т.

2.Розвиненого руслового стоку, при якому tj/T0<l.O.

3.Уповшьненого руслового стоку, при якому tj/T^l.0.

4.Багатотактного руслового стоку, що спостер!гаеться при випадшш опад1в з перервами та tp>24 год.

Узагальнена формула для розрахунку максимальних модул1в паводкового стоку мае вигляд:

Ягп = (Лл/'/М'г. (1)

де ут -загальний шар припливу, <т>-коефщ1ент диочого шару стоку, кТ -гщрограф!чний коефщент, обумовлений сполученням функщй схилового припливу i руслових !зохрон при р!зномаштному сшввщношенш м1ж tp i Tq. Шзнпне в роботах Н.Ф.Бефаш (1977) i А.М.Бефаш (1981) вщзначалося, що формула (1), яка спираеться на р!вняння иерозривносп, не повною Mipoio враховуе ефекти, пов'язан! i3 русло-заплавним регулюванням максимальних витрат паводив. Для урахування додатково! трансформацп в (1) уводиться коефщент русло-заплавного регулювання е'п, а розрахункова формула приймае вигляд:

Ят — (Ут/1р)фкг ^п (2)

Проте з'ясувалося, що деяи положения, яи лежать в основ! математично! модел! А.М.Бефан!, не повною Mipoio узгоджуються з реальними процесами на р!чкових водозборах. По-перше, на великих водозборах не залишаеться постшним коефщент гусготи гщрограф!чно! мереж!. Подруге, залежшсть м!ж площами водяного перетину руслових потогав, з одного боку, а заплавних - з шшого, не може бути описана у всьому даапазош зм!ни pißniB води в р1чц1 прямими, що виходять i3 початку координат. По-трете, структури (1) i (2) мають обмеження в обласп малих

площ водозбору, коли tp—>0.

В другому роздал! розглядаються формули максимального стоку, засноваш на геометричнш схематизацп схилових 1 руслових пдрограф1в. Базовим для них можна вважати р1вняння, обгрунтоване б.Д.Гопченком (1976)

'' г^т^у I (3)

де д'т -максимальний модуль схилового припливу, кп 1 кт -коефвденти, oбyмoвлeнi русло-заплавним регулюванням, а ку -коефщент редукцп шару схилового припливу по площь

При деяких допущениях iз (3) виводяться найбшьш вщом1 в шженернш практищ формули, структури яких отримаш чисто емшричним шляхом. Так, при осередненш по територп Т0 ва редукцшш коефвденти, що входять у (3), можна штегрально вщобразити через площу водозбору а саму формулу представите у вщомш по СНШу 2.01.14-83 (для нормування характеристик весняно! повеш) редакцп

^¡Г. (4)

(Т7 +1)^

де к0 - коефщент схилово! трансформацп.

Подальше спрощення (3) можливо за умови осереднення по територи не титьки Т0, але й ут . Тода

(5)

+1)"2

Структура (5) використовуеться в дйочому СНШу 2.01.14-83 для нормування характеристик паводкового стоку на р1чках ¡з площами />200 км2. У робот! показано, що внесок у загальну редукцно максимального

модуля його складових (1 / (1 + : кт> кп 1 ку) для паводшв 1 повеней

дуже р1зний. 3 шшого боку, цей анахаз указуе на помилков1сть висновюв Д.Л.Соколовського (1960) про те, що редукщя модуля з ростом Т7 обумовлена винятково часом руслового доб1гання. Вказуеться також на не обгрунтоване вщнесення до редукцшних формули, запропоновано! Г.О.Алексеевим (1956). Кр1м того, звертаеться увага на необхщшсть диференщацп степеневих показшшв у формулах (4) 1 (5) в обласп малих \ великих водозбор1в. Шляхом нескладних перетворень ¡з (3) виводиться \ формула об'емного типу. У даному роздш анал1зуються структуры недолпси формул цього типу, запропонованих у свш час А.В.Опевським (1938), Д.Л.Соколовським (1949), ВЛ.Мокляком (1957).

У третьему роздЫ подаеться стислий анал1з нормативних документе в обласп розрахунку характеристик максимального стоку паводюв 1 повеней. Перил нормативш документа, коротка ¡сторична доводка про яю наводиться в кн. "Максимальный сток с малых бассейнов", спиралися на так звану модель гранично! штенсивносп. Згодом структура

формули гранично! штенсивносп видозмшювалася й у норми СН 435-72, а потм - СНШ 2.01.14-83 вона ввшшла в редакцп

Ят = АНлт], (6)

де А\ =16.67Щт) -ордината редукцшно! криво! середньо! штенсивносп опад1в за розрахункову тривашсть г, р1вну

г = 1.2$+/«, (7)

Яд -добовий максимум опадав, г; -коефщ1ент стоку, гсл. -час схилового доб1гання.

У дисертацц показано, що параметри формули (6) вщповщають лише одному типу формування стоку - поверхневому, хоча в залежносп вщ ф1зико-географ!чних умов, можлив1 й шин. Строго говорячи, у природа взагал1 не спостер1гаються в класичному вигляда випадки "гранично! штенсивносп" тому, що вони припускають наявшсть фази

сталого режиму протягом часу Л1>1р. А це при пульсуючих графисах випадання доццв неможливо в принциш. Другий доданок у (7), як встановлено в робот), не вщповщас 1СХ, а дор1внюе для степових райошв

г0 =0.297о (8)

Таким чином, у загальному вигляда, за\исть (7), необхщно записати

т0 = шЬр + 029Т0 (9)

Перев1рочш розрахунки, виконаш по формул! (6), показують, що по СН 435-72 мало м1сце завищення результате у 3-4 рази. Певне тому в СНШу 2.01.14-83 у вщловцше число paзiв знижеш коефвденти стоку г}, що дозволило домогтися бшьш-менш зб1жних результат ¡з матер!алами спостережень. Розрахунок максимальних модушв на р1чках ¿з площами водозбор1в Г>200 км2 у сучасних нормативних документах проводиться на баз1 структури (5). Результата перев1рки ще! формули на об'ектах Причорномор'я вказують на суттев1 завищення (у 3-5 раз1в) розрахункових максимум1в вщ фактичних даних. Одшею з причин цього е недостатня географ1чна обгрунтовашсть параметру д2оо У межах Причорноморсько! низини, де спостереження за мюцевим стоком ведуться на дуже обмеженому чисти водотоив.

Четвертой роздал посвячений дослщженню параметр!в 1 структури формул максимального стоку. Щоб зробити пор1внювальний анашз р1зномаштних за своею структурою формул максимального стоку, автором, разом ¡з науковим кер!вником 1 Л.В.Науменко (1997), запропонований методичний прийом, який полягае в побудов1

безрозм1рного комплексу що дозволяе виявити особливосп 1

характер сховано! редукци максимального модуля з ростом плоип водозбору Г. Зокрема, в емшричних редукцшних формулах (як весняно! повеш, так 1 дощових паводюв)

Ят'ч'т= 1/(^ + 1)Л1 (Ю)

У формулах об'емного типу

(1т!Ят=кт(Т0/Т„), (11)

Де кт = / -коефвдент, пов'язаний ¡з русло-заплавним

регулюванням. Для р1чок стспово! зони основний внесок у редукцш максимальних модул1в паводюв вносить Т(/Тп, а

Ят1<1т=кт14¥^\ (12) Детально дослщжуеться редукщя максимального модуля в математичних моделях формування паводив А.М.Бефаш (1958, 1981). На малих водозборах 1 без урахування русло-заплавного регулювання: а)при уТ0< 1.0

Ят'Яп

л+^Го;

б)при 1р/Т(£ 1.0

Ящ1Ят =

То;

п 7р Л + 1 1п

(13)

(14)

русло-заплавного

де л-показник степеня в ршнянн1 криво1 припливу води 31 схишв до руслово! мережь

Для руслових систем, але без урахування регулювання:

а)при уг0< 1.0

щ +1

Ят'Чт^-

Г1 лп 1Р

{п+\)(щ + л + 1) \,7оУ

б)при у 7^1.0

Ят'Ят =

л Г0

л + 1 г г.

щ+1

л + 1

ТП\ Щ (Л2[ + Л + 1)

То

Щ

(15)

(16)

де т1 -показник степеня в р:внянн1 криво1 похрон.

3 урахуванням ефект1в русло-заплавного регулювання редукщя модуля описуеться р^вняннями (15) 1 (16), але з додатковим множником у правш

частиш е'„.

Моделювання д/п/д 'т при «=0.4 1 рпноматтних т1 показуе, що в загальну редукщю винятково великий внесок вносить русло-заплавне регулювання (е'п). 3 шшого боку, пдрограф1чш коефвденти кГ дещо знижують редукцио модуля з ростом Г. I нарешп, модель А.М.Бефаш у вигляда р1внянь (15) \ (16) добре узгоджуеться ¡з наявними матер1алами по максимальному стоку р1чок Причорномор'я.

Особлива увага придшена аналгзу формули Г.О.Алексеева (1953)

_ Я'т/

Ят-

1 + — Ь

Ут Р

(17)

про котру и автор у 1987 рощ заявив, що (17) серед шших е найбшып обгрунтованою теоретично 1 могла б послужити основою для нормування розрахункових характеристик паводгав 1 повеней.

У дисертацшнш робо-п показано некоректшсть и структури 1 практична непридатшсть в обласп /уТ0< 1.0, особливо при невисоких коефвдентах нер1вном1рносп схилового припливу (п+1)/п.

Що стосуеться формули гранично! штенсивносп, зокрема, вар1анту, що лежить в основ! СШПу 2.01.14-83, то для р1чок степово! зони вона виявляе невщповщшсть верхнш ф1зичнш границ! д1п/ц 'т-1.0 при /г-»0, бо

за структурою (6) дп/д'т=0Л5. Взагал!, згадана структура в редакци (6) до ^<200 км2 призводить до занижених результата, а теля ^=20 км2 - до завищених.

У данш глав! досить детально анал!зуються ефекти русло-заплавного регулювання в залежносп вщ характеру припливу води з1 схил!в до руслово! мереж! \ форми водозбору. Базове р!вняння мае вигляд

е'п=(ят1я'т)ке (18)

Коефщ1ент ке у залежносп вщ сшввщношення 1р/Т0 являе собою розм!ри, обернен! правим частинам р!внянь (15) ! (16). Моделювання е'п виконане при р!зномаштних сполученнях п (1.0; 0.5; 0.33; 0.25; 0.05) ! т1 (2.0; 1.0; 0.5). Основш результата зводяться до того, що р1зш за динамкою паводки ! повеш будуть регулюватися по-р!зному. Менш схильн! до трансформаци паводки, що наближаються за формою до лшшного («=1.0) ! парабол1чного (и=0.5) трикутник!в. Навпаки, при л<0.10 (паводки "подпертого" поверхневого ! "контактного" тип!в, весняна повшь) вщбуваеться дуже суттеве регулювання максимального модуля.

Форма водозбор!в ¡стотно впливае на редукцио максимального модуля малих р!чок, для яких /и;>1.0. У робот! приводяться емшричш

р1вняння для обчислення к£. Кр!м того, уперше для р1чок Причорномор'я реал!зований прямий шлях визначення е'п на основ! р1вняння (18).

У п'ятому розд1Л1, виходячи з огляду сучасного стану ! недолшв вщомих тип!в формул максимального стоку, викладених у попередн!х роздшах, обгрунтовуеться нова розрахункова схема.

Базовим е модельне р!вняння, запропоноване А.М.Бефаш (1981)

Ог = Я\Ър% + ЯгАр-\%-1+-+Я1г\/2£2 + Я\р/\£\, (19)

де -коеф!ц!енти русло-заплавного регулювання, осереднеш в границях ьо! меж!зохронно! плоещ /¡. Допускаючи £'1-е'2--..—е'> в залежност! вщ

сп!вв!дношення м!ж [ Т0, записан! так! випадки формування максимального стоку: а)при 1р!Т0<\. 0

С2т = с

б)при ¡р/Г^ 1.0

Оп

■ц

(20)

(21)

При осерсдненш в межах загально! (1р!Т0< 1.0) 1 дпочо! (1р>Т0) площ водозбору (20) 1 (21) приймають вигляд:

а)при гуг0< 1.0

(От)пр=еВсрУду1р, (22)

де ВСр -середня ширина водозбору, у{р -дпочий шар припливу, Уд-швидюсть руслового доб1гання;

б)при уТб>\.0

(23)

де В 'Ср>ВСр -ширина водозбору в межах дгочо! плоил водозбору Рд>Р. Перехщ вщ (22) 1 (23) до (20) \ (21) здшснюеться, як 1 в розрахунковш схем1 А.М.Бефаш (1958), за допомогою гщрограф1чних коефвдетпв к1 \ к2, причому при крощ за часом А г = 1 ед.

(24)

/■ \ г \

/с,= / ВСр

К'р т \1р У

В штегралъних виразах к1 \ к2 в тoчнocтi описуються р1вняннями, запропонованими рашше А.М.Бефаш (1958), тобто

/ "Ч ( \

/ т Вер \Тц У 1)1 _ (25)

'К р

кх= \q\Btdt

'к р ¡р

1К р

Вср \lldt

V 'к р1р У

(26)

/да,

о /

' То л

ВСр \4\dl

(27)

/V 0 у

В узагальненому вигляда розрахункова формула максимального стоку записуеться нами в редакцн

Яш = Р([р)Уткг£г - (28)

т

т

якщо в якосп опорно! характеристики використовуються шари стоку ут або

Ят = 9^Р)Нтг]кТ£Г, (29)

коли розрахунок дт будуеться на даних про паводкоформую'п опади Нт. Трансформацшна функщя ~<р(1р) для випадку одномодального паводку

описуеться р1вняннями:

а)при 1р1Т0=О

б)при 1р1То<1.0

в)при 1р1Т(£ 1.0

фЦр) =

я+1 1

п Тп

<Р«р) =

п+1 1

п Т0

Г , \п 1Р

<р(1р)=—

п +1

То)

(30)

(31)

(32)

1з (30)-(32) випливае, що характер поведшки функцп <рОр) щлком

визначаеться динамкою надходження води з1 схшпв до руслово! мережь 3 шшого боку, завдяки Щ1р) досягаеться ушверсальшсть структур (28) 1 (29)

з точки зору !хньо! придатносп як для паводюв, так 1 для повеней, причому в усьому даапазош водозб1рних площ (вщ окремих схшпв до значних р1чкових систем). Тут же показана неправом1ршсть використання в якосп трансформацшно! функцп д>{1р) редукцшно! криво! Щт), що

входить до формули СНШу 2.01.14-83.

При нормуванш функцй' 1р(1р) мае м1сце недолнс, обумовлений и

розм1ршспо (обернено! часу). Для усунення цього недолжу пропонуеться зам!сть 1р(1р) побудувати безрозм1рний комплекс ~*р(1р)-Т0. Тодо (30)

чисельно зб1гаеться з коефщкнтом нер1вном1рносп схилового припливу (п+1)/п. При 0<1р/То<\.0 - Щ1р)• 7д законом1рно убувае до 1.0 при

уГо=1.0. Пот1м, коли 1р!Т0>\.0, ордината нормовано! трансформацшно! функцц не залежать вщ форми графжу припливу, але пропорцшш сшввщношенню Т^ 1р.

У шестому роздш приводиться практична перев1рка розрахунково! схеми максимального стоку на приклад1 р1чок Причорноморсько! низини (залежна виб1рка) 1 Приазов'я (незалежна виб1рка). Персв1рка за своею сутпо стае не формальною процедурою, оскшьки и необхщним елементом е обгрунтування вах параметр1в, що входять у (29).

п

Роздш починаеться з коротко! 4нзико-геогра<}пчно1 характеристики Причорноморсько! низини: опису грунта, рослинного покриву, юпматичних умов, а також гщрометеоролопчно! вивченостк По опадах використаш дат 71 метеоролопчно! станци, по максимальному стоку - 32 (залежна виб1рка) I 19 (незалежна виб1рка) пдролопчних поспв.

У робот! показано, що кшьюсть опадав за дощ Нт в умовах розглянуто! територи чисельно зб1гаеться з 1хньою добовою величиною Яд. Статистична обробка часових рядов виконана за допомогою метсдав момента \ найбшыпо! правдоподобности з наступним анал1зом нош'в парамецлв Нд I Су прийомами сумкного анал1зу (С.М.Крицький 1 М.Ф.Менкель, 1981). Виявилося, що в межах усга Причорноморсько! низини I прилягаючо! територи, Нл 1 Су можна осереднити - Нд на ртш 37.9 мм, а Су - 0. 47. Сшввщношення м1ж С? \ Су прийнято р1вним 3.0. В результат!

{Щ %)р = Яг/Л, (33)

де кп -коефщент просторово! редукцп розрахункових ошвдв 1%-но! ймов1рносп пфевищення. Вш обчислтоеться за рекомендащями А.М.Бефаш (1958).

Трансформащйна функщя Щ1р) визначаеться виразами (30)-(32) при

показнику степсш в р1внянш криво! припливу и=0.40 1 Т0=2.5 год.

Для гщрограф1чного коефвденту кг побудована таблиця з одним входом до не! (!р/Т0). Змшюеться вш вщ одинищ (при 1р1То-0) до 2.05 (при ¡р/Т0=20.0). Можливий розрахунок кг 1 по формулах, що приводяться в роботк але при цьому степеневий показник у р1внянш криво! припливу встановлюеться за емтричному р1вняншо

щ =2.0 -0.26^(^ + 1) (34)

Русло-заплавне регулювання, що у розрахунков1й схем! враховуеться

за допомогою коефвдшта <£/-, визначалося по р1вняннях (при я=0.40 \ Т0-2.5 год):

а)при 1р/То<\.0

^ = 1/(^ + 1)

0.62

] 0.5(Ш|+1)^,4

Ш1+1.4 р

б)при 1р/Т^.1.0

£р = 1.4/р / (У7 +1)

0.62

щ +1

1.4

г

25

>Щ /«1(1.4+ /«])

V

(35)

(36)

Анал13 р1внянь (35) I (36) показуе, що ступить регулювання максимального модуля в першу чергу залежигь вщ характеру припливу води з1 схшйв до руслово! мережь Причому, найбшьш сильно вона

виражена в обласп малих площ. Так, у даапазош ¥<100 км2 коефщ1ент£/-знижуеться вщ 1.0 (при /-=0) до 0.21. У той же час, при /=20000 км2

параметр £р знижуеться тшьки до 0.11. Це свщчить про те, що саме первинна гщрограф!чна мережа, як найбшып численна, здшснюе трансформацто паводкового стоку. Коеф1щенти паводкового стоку обчислеш оберненим шляхом ¡з формули (29) у двох вар1антах: у вигляда

зб1рного параметра фн ¡, власне, ц. Зм1нюеться цкп для паводюв 1%-но! ймов1рносп перевищення вщ 0.60 (при /--0) до 0.14 (при /-=10000 км2). Самий же коефвдент стоку схильний меншим коливанням: вщ 0.60 (при /•=0) до 0.41 (при /=10000 км2). 3 метою спрощення розрахунково! схеми \ без суттево! втрати точносп рекомендуеться вшсористовувати зб1рний коефвдент т]кн, що поданий у табличшй форм1 в залежносп вщ ило1Щ водозбору Оскшьки вихщними даними залежшсть 1]кн=/( Р)

обгрунтована тшьки в обласп /^100 км2, то и ексграполящя в область /^ЮО км2 виконана, ор1ентуючись на рекомендаци СН 435-72.

При здшсненш перев1рки запропоновано! розрахунково! методики статистична обробка часових рядов максимальних витрат для одержання (2[% проводилася не по термшових, а по середшх значениях ()т. Такий пщхщ можна вважати змушеним. Справа в тому, що на гщролопчнш мереж1 повсюдно вщсутня безперервна реестращя р1вшв води. При проходженш зливових паводойв, яга в1др1зняються винятковою динам1чшстю 1 короткочасшстю, так зваш "митгев1" р1вш, а, отже, й витрати води не фшсуються, що призводить до 1хнього систематичного занижения. Тому в межах Причорномор'я I Приазов'я статистично оброблялися не термшов1, а середньодобов1 витрати води з наступним обчисленням 0\%. Перехщ вщ середньодобових максимумгв ()1% до термшових значень ()1% виконувався за допомогою коефодента кТ, р1вного вщношенню ()т / Qm. Чисельш значения коефщ1енпв перевищення визначаються ступеней часово! нер!вном1рносп паводкового стоку (т+1)/т, з одного боку, 1 тривашстю паводгав Тп, - з шшого. Розглянуто р1зномаштш сполучення Тп 1 Т0, але в розрахунковому вар1анп для р1чок дано! територн

кт=11

г \

ш +1 тт

(37)

V п ^

Верхне граничне значения кг, що мае мюце при визначаеться

р1внянням

=--■=■ (38)

п 75

1 складае для рис Причорномор'я 33.6. Нижньою межею для кг е одиниця.

Базисного витратою води в репональнш методищ можна зневажити, тому що при забезпеченосп Р=1% вона навпъ при площах водозбор1в порядку 5000 км2 не виходить за меж14% , стосовно до 0,1%.

Результата перев1рки розрахунково! схеми на залежних материалах (32 водозбори на територн Причорномор'я) свщчать про задовшьну зб1жшсть розрахункових величин <21<>ь ¡з вихщними даними. Середне в1дхилення склало ±16.2% при середньоквадратичнш похибщ а^, -

+24.1%). На матер1алах незалежно! виб1рки (19 об'егспв у межах Приазов'я) середне вщхилення знаходиться на р1вш ±21.2%, що також деюлька нижче ст^,, . Усе це свщчить про теоретичну обгрунтовашсть 1

практичну придатшсть запропоновано! методики для розрахунку максимальних модутв паводкового стоку на р1чках Причорноморсько! низини.

висновки

1.В результат! анал1зу сучасного стану в галуз1 розрахунку характеристик максимального стоку автором розкритк

1.1.Принципов! недолши формул гранично! штенсивносп, у тому чиоп й тих, як! ввшшли до нормативного документу СИЛ! 2.01.14-83. Вони полягають у вщомш неправом!рносп поширення ще! "гранично! штенсивносп" на реальт умови формування дощових паводков у степових районах.

1.2.Необгрунтоване використання криво! редукцп опад!в ц?(т), зам1сть трансформацшно! функцп ~<р0р).

1.3.Структурна некоректшсть р!вняння для оцшки розрахунково! тривалосп опад1в т.

1.4.Теоретична необгрунтовашсть структури формули Г.О.Алексеева (1953, 1987) 1, насамперед, в обласп малих водозбор1в (1р!Т0< 1.0).

2. На основ! використання безрозм1рного редукщйного комплексу

Ящ^Ч 'т встановлено, що:

2.1.Базова редукщйна модель Д.Л.Соколовського описуе тшьки частину загально! редукцн, пов'язано! з часом руслового доб1гання, але не залежить вщ динамики схилового припливу.

2.2.Найбшып повно редукщя максимального модуля враховуеться в загальнш модел1 Л.М.Бефаш (1981) через форму графшв припливу, бущвлю р1чково! системи, русло-заплавне регулювання 1 стввщношення м1ж часом руслового доб1гання \ тривашстю припливу води з1 схшпв до руслово! мережь

3. Спираючись на розроблеш автором дисертаци науково-методичш тдходи, здшснено математичне моделювання впливу русло-заплавного регулювання на трансформацда максимальних витрат наводив 1 повеней. Встановлена винятково велика роль у процесах трансформацп паводюв 1

повеней характеру припливу води схшпв до руслово! мереж^ особливо в обласп малих площ водозбор1в (/<100 км2).

4. Запропонована автором розрахункова схема, що спираеться на теорпо руслових ¡зохрон (з урахуванням ефекпв русло-заплавного регулювання), дозволила вперше обгрунтувати едину науково-методичну базу для нормування характеристик максимального стоку як паводаав, так 1 повеней, причому в усьому даапазош площ водозбор1в (вщ окремих схшпв до значних р1чкових систем). Досягаеться це завдяки використанню трансформащйно'1 функцй ~ф{1р).

5.Враховуючи високу динам1чшсть паводаав зливового походження, сгатистичний аналЬ часових ряд ¡в максимальних витрат води виконувався не по термшових, а по середньодобових значениях. Для переходу до термшових максимум1в обгрунтоваш вщповщш коефщ1енти, яю змшюються при Т0= 2.5 год. та л=0.4 (в залежносп вщ плопц водозбору) вщ 33.6 до 1.0.

6.Коефкценти паводкового стоку встановлеш оберненим розрахунком та узагальнеш по територп у двох вар1антах:

-у вигляда зб1рного параметра (разом ¡з коефщентом редукци опадав

кЛ

-окремо вщ коефпцента редукци опад1в.

7. Розрахункова схема перев1рена на матер1алах по максимальному стоку дощових паводюв р1чок Причорномор'я (незалежна виб1рка) I Приазов'я (залежна виб1рка). У першому випадку середне ввдхилення розрахункових величин ()1% вщ вихуших датах склало ±16.2%, у другому -±21.2%, при середньоквадратичнш похибщ сгд0/ - ±24.2%.

8. Запропонована для р1чок Причорномор'я розрахункова методика, завдяки включению до на паводкоформуючих опад1в, дозволяе ¡стотио шдвищити надшшсть установления максимальних модул1в паводкового стоку р1зно! ймов1рност1 перевищення, у пор1внянш з наявними репональними розробками, а також СРИПом 2.01.14-83. Методика доведена до р1вня практичного застосування без яких-небудь доробок.

Список опублшованих наукових праць, у яких вщображеш основш положения дисертацн:

КГопченко Е.Д., Казанкова Т.А. О нормировании расчетных характеристик максимального стока // Метеорология, климатология и гидрология.- 1996.-Вып.ЗЗ.-С. 119-125.

2.Гопченко Е.Д., Казанкова Т.А., Романчук М.Е. О русло-пойменном регулировании максимального стока рек // Метеорология, климатология и гидрология.-1997.-Вып.34.-С.221-231.

3.Гопченко Е.Д., Казанкова Т.А. Науменко Л.В. Скрытая редукция в формулах максимального стока // Метеорология, климатология и гидрология. -1997.-Bbin.34.-C.271-282.

4.Казанкова Т.А. О расчетных значениях коэффициентов паводочного стока рек Причерноморья // Метеорология, климатология и гидрология.-1998.-Вып.35.-С.281-293.

5.Гопченко Е.Д., Казанкова Т.А., Романчук М.Е. Обоснование расчетной схемы максимального стока, опирающейся на теорию русловых изохрон // Метеорология, климатология и гидрология,- 1999.-Вып.36. -С. 170-179.

6.Гопченко Е.Д., Романчук М.Е., Казанкова Т.А. К оценке притока поверхностных вод в Хаджибейский и Куяльницкий лиманы // Тез.докл. на межд.симпоз.-Одесса.-1996.-С.132.

7.Гопченко Е.Д., Романчук М.Е., Казанкова Т.А. Новые подходы к нормированию расчетных характеристик максимального стока // Труды Междунар. конф. "Научно-практическая конференция".-Том 2.-Кишинев.-1998.-С.209-211.

8.Гопченко Е.Д., Казанкова Т.А. Некоторые проблемные вопросы применения формул предельной интенсивности.-Киев.-1995.-30 с. -Деп. в ГНТБ Украины 2.10.85, №2231-Ук 95 // Анот. в РЖ "География", №4, 1996.-С.16 (4В161 Деп.).

АНОТАЦН

Казанкова Т.О. Обгрунтування розрахунково! схеми для нормування характеристик максимального дощового стоку на територи Причорноморсько! низини. - Рукопис.

Дисертащя на здобутгя наукового ступеня кандидата географ1чних наук за спещальшспо 11.00.07 - гщролопя сунн, водн1 ресурси, пдрох1м1я. -Одеський гщрометеоролопчний шститут, Одеса, 2000.

Дисертащя присвячена обгрунтуванню ново! розрахунково! схеми для визначення характеристик максимального паводкового стоку р1чок Причорномор'я. Науково-методичною базою послужила теор1я руслових ¡зохрон. На п пщстав! побудовано едину для всього диапазону водозб1рних площ методику, яка в свою чергу спираеться на добов1 опади.

У дисертацшнш робот! дослщжет особливосп вщображення редукци максимальних модул1в стоку при збтыненш розм1р1в р1чок, виявлена роль русло-заплавного регулювання у трансформацц паводкових хвиль при р!зномаштних графисах припливу води з1 схшив до руслово! мереж!, обгрунтован! методичн! пщходи щодо узагальнння по територи стокоформувальних опадав та характеристик максимальних витрат води. На приклад! р!чок Причорномор'я та Приазов'я виконана реал!зац!я запропоновано! методики, яка для цих регюшв може буш практично застосованою без додаткових доробок.

Юпочов! слова: максимальний спк, теорш руслових ¿зохрон, добов! максимуми опадав, трансформацшна функц!я.

Казанкова Т.А. Обоснование расчетной схемы для нормирования характеристик максимального дождевого стока на территории Причерноморской низменности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. -Одесский гидрометеорологический институт, Одесса, 2000.

Диссертация посвящена обоснованию новой расчетной схемы для определения характеристик максимального паводочного стока рек Причерноморья. Научно-методической основой послужила теория русловых изохрон, в которой, кроме функций притока и добегания, учитываются также эффекты, обусловленные русло-пойменным регулированием.

Принимая во внимание, что в области расчетов максимального стока имеется достаточно большое количество различного рода методик и формул, а их анализ весьма затруднен из-за региональной обусловленности входящих в них параметров, в работе обоснован безразмерный редукционный комплекс. Он позволяет путем имитационного моделирования осуществить не только сопоставительный анализ, но и выявить структурные недостатки тех или иных формул. В частности, показано, что формула предельной интенсивности СНиП

2.01.14-83 не соответствует верхнему физическому пределу, равному единице при F->0, а находится на уровне 0.75. Последнее свидетельствует о систематическом занижении (по крайней мере, в теоретическом плане) результатов как раз в той области, для которой данная формула рекомендуется. Не правомерным следует считать и принятие в качестве трансформационной функции кривых редукции средней интенсивности осадков во времени. Аналогичным образом установлены структурные недостатки и формулы Г.А.Алексеева (1953).

Предложенная методика для нормирования характеристик максимального стока в структурном плане позволяет учесть основные факторы стокообразования, включая склоновую и русловую трансформацию паводочных волн. В диссертации приведены результаты специальных исследований, связанных с установлением роли русло-пойменного регулирования в трансформации максимальных расходов при различных графиках притока воды со склонов в русловую сеть. Оказалось, что степень регулирования паводков поймами во многом определяется динамикой притока воды со склонов в русловую сеть, причем с увеличением его временной неравномерности усиливается и трансформация максимальных расходов. Еще одной особенностью поведения функции русло-пойменного регулирования является ее выраженность прежде всего на малых водосборах (F<100 км2).

Предлагаемая методика проверена на объектах Причерноморья и Приазовья. Полученные результаты позволяют рекомендовать данную методику для практического применения.

Ключевые слова: максимальный сток, теория русловых изохрон, суточные максимумы осадков, трансформационная функция.

Kazankova Т.О. The basis of a calculating scheme for the normalization of the maximum rainfall runoff characteristics on the Prichernomorye lowland territory.-The manuscript.

The dissertation is for awarding the research degree of candidate of geography, on speciality 11.00.07-Land hydrology, Water resources, Hydrochemistry, The Odessa Hydrometeorological Institute, Odessa, 2000.

The dissertation is dedicated to the basis of a new calculating scheme for the determination of the maximum flood flow of the Prichernomorye rivers. The channel isochrone theory was used as the scientific - methodical basis. With reference to the theory the united method was carried out for the whole of the catchment area diapason and the method in its turn was based on daily precipitation.

Features of the representation of the reduction of the maximum modulus of flow with the increasing of river dimentions were studied in the dissertation as well as the role of the channel - flood plain storage for the flood wave rauting with various graghics of the inflow from the slopes to the channel network was showed up.

The methodical approaches were substantiated concerning the generalization of the effective precipitation and the maximum water discharge characteristics through the territory.

The proposed methods were realized using as an exsample the Prichernomorye and Priazovye rivers.

For those regions the methods can be used practically without additional revisions.

Key words: maximum flow, channel isochronc theory, maximum daily precipitation, transformational function.