Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности пространственной и временной динамики формирования ледовых явлений на Камском водохранилище

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Особенности пространственной и временной динамики формирования ледовых явлений на Камском водохранилище"

гго од

Пермский ордена Трудового Красного Знаыени государственный университет имени А.М.Горького

На правах рукописи

КАЛИНИН Виталий Германович

ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСГВЕЫОЙ И ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕДОВЫХ ЯВЛЕНИЙ НА КАМСКОЙ ВОДОХРАНИЛИЩЕ

11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Пер^ - Ь>93

Работа выполнена в Пермском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете имени А.М.Горького.

Научный руководитель: чл.-корр. АЕН РФ, доктор географических наук, профессор МАТАРЗИН Ю.М.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор зав.кафедрой водного хозяйства и технологии воды УТУ ШАХОВ И.С. (г.Екатеринбург);

кандидат географических наук, старший научный сотрудник Лаборатории комплексных исследований водохранилищ ЕНИ НОСКОВ В.М. (г.'^рмь).

Ведущая организация: Пермский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Защита состоится к^Л^Л 1993 года в часов

на заседании специализированного совета К 063.59.01 в Пермском государственном университете имени А.М.Горького по адресу: 614000, Пермь, ГСП, ул.Буклрева, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научных работников библиотеки Пермского университета.

Автореферат разослан 11 " октября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук, .-V,

доцент ^, - Сорокина НБ.

'У

ОЩАЯ ААРАКТЕРИС1ЙКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание большого количества новых вод -ных объектов суши - водохранилищ - вызвало необходимость их все-' стороннего изучения и в первую очередь гидрологических особенностей. В настоящее время не все элементы гидрологического режима водохранилищ изучены с достаточной полнотой. Отсутствуют работы, посвященные изучению многолетней динамики формирования ледовых явлений в связи с изменениями планов эксплуатации водохранилищ и характера их проявления в разных районах и зонах водохранилища, отличающихся по особенностям морфомётрии. Требуют совершенство -вания методы анализа результатов стандартных наблюдений на вод -постах Гидрометслуибы, а также научное обоснование рационального размещения этих постов.

Актуальность темы определяется необходимостью более деталь -ного исследования особенностей формирования ледяного покрова водохранилищ под влиянием зональных климатических и местных физико-географических условий, особенностей морфюметрии, а также антропогенных факторов. Подобных комплексных исследования ледового режима Камского водохранилища до сих пор не проводилось.

Работа является частью исследований, выполняемых в Пермском университете по комплексной региональной программе "Кама" ^гос. peí. № 810780.64).

Целью работы является:

- анализ многолетней динамики ледового режима Камскох'о водохранилища на основа данных многолетних наблюдений за всеми его характеристиками и факторов, их определяющих, как основы для уточнении методик краткосрочных прогнозов ледовых явлений;

- выявление роли особенностей морфометрии и. их влияния на характер развития ледовых явлений на водохранилище;

- районирование водохранилища по характеру развития ледовых явлений для периодов ледообразования, ледостава и разрушения ледяного покрова;

- количественная и качественная оценка влияния на ледовые процессы сбросов сильноминерализованных вод Соликамско-Березни -ковского промузла и подогретых вод Пермской ГРЭС.

г

Задачи исследования:

- оценка однородности и репрезентативности рядов многолет -них наблюдений;

- расчет основных статистических параметров для имеющихся данных многолетних наблюдений за ледовым ренином и факторов, оказывающих прямое и косвенное влияние на формирование ледовых явлений;

- расчет корреляционных зависимостей -сроков наступления ледовых фаз от факторов, их обуславливающих;

- оценка возможности использования выявленных закономерностей в практике составления краткосрочных прогнозов ледовых яв -лений;

- расчет парной корреляции между сроками наступления ледовых фаз в разных районах водохранилища;

- анализ результатов специализированных наблюдений за изме -яецием ледового режима под влиянием антропогенных факторов.

Решение поставленных задач осуществлялось'о помощью геогра -фо-гидрологических и физико-схатистиче'.-ких методов с адаптацией программ -и расчетов на 8ЬИ а-ила 1КЛ РС ЛТ/АТ.

Научная новизна диссертащюлиого ис .-леловшшя заключается:

- в комплексном подходе к анализу материалов стандартных наблюдений на постах Гидрометслужбы, а т,;юю экспедиционных видов исследований (,авиаразведок, наблюден.;л на ледовых профилях и др.) за многолетний период \1956-1990 гг.);

- в выявлении влияния общих процессов формирования водохоа -нклица на осоозпности проявлония ледовых явлений в разных райо -нах и зонах (в соответствии с гидролога-морфологическим райони -рованием; и составлении схемы районирования по особенностям формирования ледовых явлений;

- в едином методологическом подходз к анализу всех фаз ледового режима (оозннее ледообразование, ледостав, весеннее разру -иение ледяного покрова) с использованием физико-статистических методов и их реализацией иа ЗВЛ;

- в первой попытке оценки влияния антропогенного воздействия на ледовый режим.

Практическая значимость работы:

Результаты проведенных исследований могут бить кспользоваки на современном этапе ренкого сокращения сети пунктов наблюдений для оптимального их размещения; для повышения надежности кратко-

срочных прогнозов ледовых явлений на Камском водохранилище; Камским речным пароходством, АО -'Ирикамлес" при продлении навигации как в осенний, так и в весенний периоды; другими водопользователями и водопотребителями, а также научными и проектными органи -зациями.

Результаты оценки влияния антропогенных факторов могут быть полезны при разработке мероприятий по улучшению экологических условий в водохранилище.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на отчетных научных конференциях Пермского госуниверситета в 1У90-1993 гг., республиканской научно-практической конференции "Методологические аспекты гидрологии и водной экологии Урала" (Перми, 19Уи), республиканском научно-практическом семинаре "Проблемы водной экологии Камского бассейна" (Пермь, 1991;, межвузовской научной конференции молодых ученых ^Пермь, 1992), межгосударственной научной конфеоенции "Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха" (Пермь, 1993), четы -рех совместных заседаниях кафедры гидрологии суши и Лаборатории комп.\о:ссных исследований водохранилищ в 1990-1993 гг. По теме диссертации опубликовано шесть работ. Полученные в результате исследования закономерности прогностического характера переданы в Пермскии центр по гидрометеорологии я мониторингу окружающей среды-для внедрения. .

Структура и объем диссертации, диссертация состоит из Введения, пяти глав,, заключения, списка использованной литературы. Общий объем 245 страниц , в том числе 5И таблицы, 42 рисунка. Описок литературы включает 232 наименования, из них 7 источни -ков зарубежныл авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РА БОТЫ

В первой главе диссертации представлена общая характеристика Камского водохранилища и его водосбора, рассмотрено состояние изученности ледового режима крупных водохранилищ, дана характеристика исходных данных и методики исследований.

Природные условия региона, особенности гидрологического режима Камского водохранилища и его мерфометрии во многом определяют процессы формирования ледовых явлений на водоеме. Камское зодо -хранилище, относящееся к разряду крупных, является типичным до -ликньш водохранилищем лесной зоны европейской части России. Вы-

тянутое в меридиональном направлении, cftto расположено в преде -лах холмисто-увалистой полосы Предуралья. Протяженность его с севера на юг составляет около 250 км. Камское водохранилище -мелководное (максимальные глубины не превышают 30 м), созданное для сезонного, недельного и суточного регулирования стока, и поэтому отличается повышенной проточностыо. Значительное влияние на формирование гидрологического режима водохранилища оказывает сложное строение его котловины. С целью более полного и деталь -ного исследования режима водоема й.М.Матарзиним и И.К.Мацкевичем (1970) предложен метод изучения eoöx характеристик отдельно по гидролого-морфологическим районам, который лег в основу нашего подхода к изучению формирования ледовых явлений на Камском водохранилище.

Изучению процессов формирования и разрушения ледяного покрова посвящены исследования, выполненные В.П.Бейнбергом (1940), Ф.И.Быдиным (1959), И.А.Рьшшей (1959, 1.965), Л.Г.Шуляко.вским (i960), С.Н.Братовым U%If 1970), К.Н.Коржавиним (1962), И.О. Песчанским (1967), Р.В.донченко (1968, 1971), В.В.Ниотрошчем (i960), Я.В.Нроскурякищм 1.1971), Б.М.Гинзбургом (1975), А.Н.Чижовым (I9B0, 1990) и многими другими. В этих работах рассмотрены проблемы, связанные с процессами теплообмена, физико-механичес -кими свойствами льда, разработкой и апробированием различных методов и методик расчета ■ толщины льда, процессов замерзания, нарастания толщины ледяного покрова, а также разработкой ирагко -срочных и долгосрочных прогнозов элементов ледового режима.

Для условий конкретного водохранилища, при наличии только материалов стандартных наблюдений, использование имеющихся ме -тодов расчетов и прогнозов затруднено, так как большинство из них требует значительного количества эмпирических данных.

Материалом для изучения ледового режима Камского водохранилища послужили данные регулярных гидрометеорологических наблюдений на 4 метеостанциях и 14 водомерных постах Гидрометслужбы за период с 1956 по'1988 гг., а также аэровизуальные и эпизодические . специализированные наблюдения автора ь районах антропогенного воздействия л приплотинном участке водохранилища.

Исходный материал представляет научный и практический инте -рес по двум причинам: во-первых,•он собран и откорректирован по единой методике; во-вторых,, имеется продолжительный ряд наблюдений, что позволяет более детально исследовать динамику процессов

и явлений и на этой основе уточнить методики их краткосрочных прогнозов. Все имеющиеся данные многолетних наблюдений проверены на репрезентативность и однородность. Вибранный расчетный период включает в себя полный климатический цикл колебаний темпе -ратуры воздуха.

Репрезентативность имеющихся данных о развитии ледовых явлений пс отдельным постам оценивалась путем сравнительного анализа этих данных с материалами аэровизуальных наблюдений ледовой об -становки на водохранилище.

В ходе исследований выработан единый методологический подход к анализу всех материалов стандартных наблюдений на поста" и метеостанциях Гздрометслужбы и специализированных наблюдений, заключающийся в оценке уноголехгл'И динамики исследуемых характеристик путем расчета основных статистических параметров.

Во второй главе дана характеристика процессов формирования осенних ледовых явлений (особенности, условия, сроки) на Камском водохранилище. В этой и последующих главах решалась проблема возможности использования имеющихся данных многолетних наблюдений, проводимых по единым методикам в чистом виде или незначительной интерпретации,для реализации поставленных целей.

. Анализ ледообразователышх процессов на Камском водохранилище проведен путем исследования зависимостей сроков наступления ледовых фаз от следующих факторов:

- температуры воздуха (в виде даты устойчивого перехода че -рез 0°С к отрицательным значениям и суммы отрицательных температур воздуха с момента перехода через 0ÚC до сроков наступления соответствующих ледовых фаз);

- продолжительности периода с отрицательной температурой воздуха с момента перехода через 0с'С до сроков наступления ледовых фаз;

- интенсивности похолодания за пять дней до перехода температуры воздуха через 0°С;'

- температуры воды (в виде сроков перехода через +4°С и tO,2°C, а также температуры йоды накануне перехода температуры воздуха через 0°С);

- теплозагтааа водкой массы;

- уровня воды.

Анализ результатов парной корреляции позволил выявить факторы, определяющие сроки наступления ледовых фаз. Это в первую оче-

редь устойчивый переход температуры воздуха'через и°С, переход температуры воды через +0,2°С для всей акватории Каыскопо водохранилища, а для кжного глубоководного района еще и переход температуры воды, через

При одновреивьнсЯ оценке двух факторов (.корреляция трех пе -ременных; выявлено, что процессы ледообразования на Камском во -дохраяилище определяются совокупным влиянием факторов, учитывающих изменение метеоусловий в виде устойчивого перехода темпера -туры воздуха через 0°С к отрицательным значениям и запас тепла водной массы на момент этого перехода отдельно для разных гидро-лого-морфологическах районов. Для сроков ;м:алсния ледовых явлений эти зависимости характеризуются коэффициентами корреляции ' г= 0, 76 * 0,98 (при заблаговременности от 3 до 20 дней для разных районов), а для сроков установления ледостава 1 = 0.,71+0,90 (при заблаговременное™ от 9 до 26 дней).

Установлено, что для ъсех районов водохранилища характерно наличие тесней зависимости между сонат пониленнп ледовых явлений и установления ледостава. Результаты изучения пространственных связей между сроками установления ледостава (более устойчи -вой фазы) как в пределах одного гидролого-мор^ологического района, так и в разных раиоь'ах показали, что такие связи действи -тельно существуют"( г = 0,86 * 0,96). Это дозволяет говорить о более рациолальном размещении пунктов наблюдений, а также о возможном и:с сокращении в пределах районов на основе выделенных закономерностей по процессам осеннего ледообразовг шя.

Оценивалась возмсдност.ь практического использования выявленных закономерностей в качестве региональной методики .краткосрочного прогноза сроков наступления ледовых фаз. Действующая мето -дика краткосрочного прогноза, основанная на физико-статиитичес -ких зависимостях (Руководство .,,19В9), ычеет малую заблаговре-менпость, поскольку использует метеорологический прогноз и ^сличает в себя его ошибки. Кроме этого, она не учитывает теилсзапас водной массы района или участка водохранилища, глн которого со -' ставляется прогноз, и особенности его мордюметрии. Согласно "Наставлению ..." (1962) и "Руководству ..." (1962), оцег.ка надеж -ности методики краткосрочных прогнозов проводите» по величине средней квадратической погрешности проверочных прогнозов ^ошибкл уравнений регрессии) в зависимости от допустимой погрешности. Результаты приведены в табл. I.

Таблица I Оценка прогностических зависимостей ледообразовательных процессов на Камском водолранилище

Название. Коэфф. Забла- Средняя Оценка

Ьид .зависимости водпоста корре- говре- ошиока методики

ляции мен- ур-ния

ность, регрес-

сут. сии, сут.

Зависимость сроков Островная 0,97 5 2,1 удовл.

появления устойчи- Ник.Лух 0,97 б 2,6 и

вых, ледовых явле - Чермоз. 0,95 7 3,2 п

ний ог даты пере -

хода температуры

воздуха через 0°С

Зависимость сроков. Ниж.Лух 0,93 10 3,8 удовл.

установления ледо-

става от того же

фактора

Зависимость сроков Чермоз 0,99 7 1,2: хорошая

появления устойчи-

вых ледс-ьых явле - Добрянка 0,89 II 4,2. _УД^вл.

ний от даты пере -

хода температуры КамГЭС .0,85 20 ' 4,5 хорошая

воздуха череп 0°С „

и теплозапаса вод-

ной массы на эту

дату

Зависимость ериков иерезники ■ 0,90 13 4,6 удовл.

установления ледо-. Островная 0,88 10 4,1 м

става от тех же Чермоз 0,89 12 3,6 п

факторов Добрянла 0,91 16 3,6 хорошая

КамГЕО. 0,75 26 6,7 и

Значительное внимание н исследования* удалено влиянию на ледовые процессы особенностей морфометрии водохранилища. Показало, что на \ространстве.шо-вреь:знные особенности процессов теплооб -мена еуцестгенно влияет не только запас тепла в определенных обт>-

емах водной массы, но и площади водной поверлности, на которых происходят эти процессы.

Поскольку основная доля при охлаждении водоема падает на турбулентный теплообмен и испарение на границе "вода-воздух", то при одних и тех же объемах водных масс в разных районах процессы теплообмена интенсивнее, ь наступление ледовых фаз раньше там, где площадь больт. Автором предлохе:; .коэффициент учитывающий морфометричес<;ие особенности районов водохранилища. Роль морфометрического фактора аналитически выражена с миощыо соотношения глубин (к) и площадей (Б) глубоководной (г), мелководной (м) и прибрежной (п) зон в пределах выделенных районов, причем учет лрпброжиой зоны обязателен, так как ледообразование начинается в первую очеиедь именно в этой зоне. При уменьшении коэффициента Км (рис.1а) увеличивается удельный теп -лозапас водной массы ( Ср) и, соответственно, период от момента перехода температуры воздуха через 0°С к отрицательным значениям до сроков появлении ледовых явлений (Т0), а такяе сроков установления ледостава (ТДд ), т.е. чем больше доля глубоководной зоны в пределах района, тем больше тепло запас годной массы на момент перехода температуры воздуха черву 0°С и, следовательно, позднее наблюдаются ледовые явления и установление ледостава, и наоборот.

На рис. 16 представлено изменение тех же характеристик по районам вместе с предложенным нами клиыатическо-морфометрическим коэффициентом Ккм = . Здесь Кнл = 1У(1ь -1) , где V/ -

средние многолетние значения скорости ветра; и 1 - соответ -ственно средние многолетние значения температуры воды и воздуха за октябрь. Ккл - это эмпирический безразмерный параметр, учитывающий влияние климатических условий в период интенсивного охлаждения водоема на процессы теплообмена за счет турбулентного теплообмена. Таким образом, К1СЦ - это климатическо-изрфометричес -кий коэффициент, который учитывает как климатические условия,так и морфометрические особенности районов водохранилища (рис. 16). Изменения значений Ккц по районам аналогичны изменениям удельных теплозапасов водкой массы.

Наонду с качественной характеристикой исследуемых процессов изучалась также возможность комплексного учета факторов, определяющих проц> ,сы ледообразования. В результате исследований выявлены закономерности продолжительности периодов с момента перехода температуры воздуха через 0°С до появления ледовых явлений

»«к ia- 1» еа

ii - ¡1- so

17-

1Ь- 30

с-

!*- W-

13- 10'

и-

11 0.0

т., iYT -!5 тл'3. ю to is- hS-

-13 ч- 40-

13 - !В 18 15

12 -17 Г7 21-

-и »

-in -IS 15 • II-

"S -н 14- IS-

-i -13 ч- II-

■ г -11 .5-

8 -п 1t 0

¡Vi. I

PA Й О M Ы

характеристик ледссоразсзлкия ;г определягагх ^акгрг по районам Каысксго зсигхсанилид:а - '

(X * ) и установления ледостава (Тдд.*) (т.е. сроков наступления ледовых фаз) от совокупности определяющих фактор,в: климатачес -кил условии в период охлаждения ^одоеаа, харакхор».зующихся коэффициентом Ккл; морфометрических особенностей выделенных районов (,КЦ<' к удельных теплозапасов водной массы ( <|.„) па момент перехода температуры, воздуха через 0°С (рис. 2).

Полученные закономерности позволили выделить районы по условиям "осеннего ледообразования и дать их характеристику.

Анализ средних сроков и длительности ледовых фаз до и после создания водохранилища на реке Каме показал, что с образованием водохранилища произошел сдвиг в позднюю сторону сроков появления ледовых явлений, увеличилась разница в датах наступления ледовых фаз по длине во'доема и сократилась продолжительность осенних ледовых явлений.

В третьей главе дана характеристика нарастания ледяного покрова и распределения его'толщины во времени и пространстве на основе использования результатов наблюдений на ледовых попарен - -них профилях в рс.зннх районах водохранилища и в разные по суровости зимы. Выявлены локальная (раПоиная), местная и мелкомасштабная неоднородности толщины ледяного покрова (по типизации Л.Н.Чи-дова, ХЭ85), которые определ.ытси совокупность» метеорологических, гидрологических, морфометрических а -'нтропогеиных факторов.

На Камском водохранилище

о аг 10 & 2.0

Рис. 2 Зависимости типа;

выделяется четыре крупных района, границы которых совпадают с районированием по процессам ледообразования. Отличительно!' чертой ледяного покроза в первом (верхнем) районе является наллчие местных неоднородное -тей под влиянием старого русла р.Камы. Лед над, руслом тоньше, чем в цзлом.но ширине водохранилища. Наряду с ыорфометриче-скими условиями и проточностыо на уменьшение толщины льда по руслу оказывают влияние сбросы сильноминерализованных сточных.

вод промышленных предприятий городов Соликамска и Березников.Второй район охватывает всю расширенную (центральную) часть водохранилища, где скорости течения в среднем в 1,7 раза ниже, чем в нервом районе. В связи с ыим русловой поток не оказывает'существенного воздействия на толщину льда. Концентрация минерализован -ной воды, поступающей из первого района, уменьшается за счет разбавления в большем объеме воды и потому не оказывает видимого влияния на толщину л.ушног*1 локрова. В этом районе наблюдаются максимальные значения (до 1 м и более)толщины льда. Третий (при-ллоганный) и четвертый (охватывающий Чусовской и Сылвенский плесы) районы также отличаются друг от лруга распределением толщины льда по ширине водохранилища. Третий район находится под воздействием морфометрических условий, режима скоростей течений и антропогенных факторов. К последним следует отнести регламент работы гидроузла (недельное и суточное регулирование стока), который способствует вертикальному перемешиванию водной массы и стаива -нию Льда снизу в русловой зоне, особенно на приллотинном участ -ке. В четвертом районе влияние этих-факторов незначительно, 'в связи с чей местных неоднородностей ледяного покрова не наблюдается.

Для Камского водохранилища типичным является наличие двух видов льда: кристаллического и снежного. Условия ледообразования оказывай! влияние не формирование структуры льда и ее нространст-

венно-зременную динамику. В первом и третьем районах снекный лед доминирует в общей толщине вследствие стаивания кристаллического льда снизу.

Проведенные исследования поперечных деформаций показали, что, в отличие от рек, на водохранилищах при значительной ширине (2 км и оолее) общего ледяного покрова не наблюдается ввиду

резких понинешм уровня воды в процессе их зимней сработки и не-рамомерностч распределения снега ни льду. 11а водохранилищах отмечаются местные прогибы ледяного покрова, которых монет быть несколько на поперечном разрезе, в результате чего возникают мелкомасштабные неоднородности его толщины, и ото характерно для всей акватории водоема.

В четвертой главе дана характеристика процессов разрушения ледяного покрова на водохранилище, методика исследований здесь та же, что и во второй главе. Поэтому остановимся лишь на полу -ченных результатах. Среди всего /¿ногоооразия исследуемых зависимостей на постах Камского водохранилища наиболее значимые пред -ставлены в табл. 2.

для отдельных участков водохранилища возможно использование ■ региональных зависимостей в практике выпускаема •с Гидрометслужбой краткосрочных прогнозов. Достаточно тесная связь двух фаз про -цесса иазрушепин льда весной (табл. 2) позволяет прогнозировать сроки полного очищения ото льда практически на всей акватории Камского водохранилища.

Исследование роли морфометрического фактеоа в процессах разрушения ледяного покрова, с использованием предложенного автором коэффициента Кц, показало, что морфометрические особенности районов оказывают косвенное влияние на продолжительное^ периода от момента перехода температуры воздуха через 0°С до сроков зскры -тия - через особенности гидрологического режима и ьнтропогенногэ воздействия.

С созданием водохранилища на р.Каме изменилась носледова -телыюсть вскрытия и увеличилась продолжительность г^риода с ледовыми явлениями, однако, в связи со значительной нроточностью водохранилища в весенний период, сроки о"чщения ото льда, за исключением четвертого района, практически не изменились. На основе анализа имеющееся материала проведено районирование водохра-н-.лища по процессам вскрытия и дана характеристика выделенных районов.

Таблица 2 Оценка прогностических зависимостей процессов разрушения ледяного покрова на Камском водохранилище

Название Коэфф. Забла- Средняя Оценка

Вид зависимости водлоста корре- говре- ошибка методики

ляции мен - ур-ния

ность, регрес-

су т. сии,сут.

Зависимость сроков Троица 0.80 20 , 3.6 хорошая

вскрытия от даты

перехода температу- Нюх. Еалыги 0,83 14 3,9 удовл.

ры воздуха через 0 С

Зависимость сроков Усть-Кемаль 0,76 ¿8 3,6 хорошая

очищения ото льда

от этого же фактора

Зависимость сроков Майкор 0,90 18 2,9 хорошая

очищения ото льда Островная 0,84 12 3,2 удовл.

от сроков вскрытия Ни&.Лух 0,90 6 2,9 и

Висим 0,85 9 з,г к

Усть-Кемаль 0,82 9 3,0 и

Добрянка 0,80 ID 3,9 и

Ниж.Шалыги 0,92 7 2,? п

Ильинский 0,95 8 2,? м

Зависимость сроков Березники 0,86 10 4,0 удовл.

вскрытия от даты пе-

рехода температуры

воздуха через 0°С и

суммы положительных

температур воздуха

Зависимость сроков Березники 0,86 10 4,0 удовл.

вскрытия от даты пе-

рехода температуры Островная 0,88 I? 3,6 хорошая

воздуха через 0°С

и уровня воды

Зависимость меаду Добрянка и

сроками вскрытия Березники 0,69 я 4,3 удоьл.

на водпостах Троица и

Ниж.Ша.^.-и 0,84 6 3,3 и

Пятая глава посвящена изучению изменений в ледовом режиме-Камского водохранилища под воздействием хозяйственной деятельности, которая проявляется в виде сбросов сильноминерализованных сточных вод промышленных предприятий городов Соликамска и Березников к сбросов подогретых вод Пермской ГРЭС в районе г.добр янки.

Предприятия гг.Соликамска и Березников загрязняют воду целлюлозой, хлоридно-натриевыыи рассолами, кислотами, органическими веществами. В результате влияния сбросов промышленных вод разрушение ледяного покрова в первом (верхнем) районе наблюда -ется в среднем на 7-8 дней раньше, чем в центральной части во -доема. Раннее освобождение ото льда этого района ускоряет про -цесс разрушения ледяного покрова на всем водоеме и делает не -возможным образование таких характерных для водохранилищ явлений, • как заторы в зоне выклинивания подпора.

Влияние подогретых вод Пермской ГРЭС на ледовый реяим южного (тоетьего) района водохранилища также весьма существенно. Исследования показали, что сбрасываемая вода, быстро охлаждаясь до температуры наибольшей плотности, распространяется под воздействием проточного течения вниз к плотине. При атом наблюдается обратная стратификация с максимальными температурами у дна (до 2,5°С в 7 км ниже ГРЭС и до 1,5°С в 50 км ниже ГРЭС). Б течение зимы происходит увеличение толщины снежного льда и уменьшение кристаллического ввиду стаивания его снизу, так, что уже к середине марта кристаллический лед практически отсутствует в русло -вой зоне этого района водохранилища.

Температура и расход сбрасываемой воды при постоянном коли -честве рабитающих блоков ГРЭС во времени не изменяется. Поэтому форма и размеры полыньи зависят от температуры воздуха, уровня воды и-морфоиетрических особенностей участка. Последние создают условия для рециркуляции подогретых вод, под воздействием тече -ния, создаваемого насосными станциями.

Размеры полыньи изменяются в течение зимнего периода при работе одного энергоблока в пределах 0,28 5,54 км^; при двух -0,82 + 6,58 км2; при трех - 0,49 * 8,67 км2. В результате исследований получены завис..мости площади полыньи от температуры воздуха и уровня воды. Последний фактор косвенно учитывает измене -ние скорости течения сбрасываемой воды при уменьшении площади живого сечения в канале и постоянном расходе.

В заключении сформулированы основные результаты выполненной работы.

1. Впервые для условий Камского водохранилища выполнены комплексные исследования, наиболее полно освещающие особенности формирования всех фаз ледового режима на основе учета ведущих гид -ро^етеоро^огических факторов и особенностей морфометрии. Такой методологический подход к исследованию дал возможность решить поставленные цели и задачи диссертационной работы.

2. Для выявления пространственных и временных закономерно -стей процессов ледообразование, нарастания и распределения толщины и структуры ледяного покрова, а ташке процессов разрушения льда на водохранилище является правомерный использование многолетних данных наблюдений на водомерных постах, метеостанциях в чистом виде или при незначительной их интерпретации, а также материалов авиаразведок за ледовым рекимом.

3. Полученные закономерности могут быть использованы в качестве региональных методик краткосрочных прогнозов сроков наступления ледовых фаз в осенний и весенний периоды. Основные из них. следующие:

- процессы ледообразования на Камском водохранилище опреде -ляются совокупным влиянием факторов, учитывающих изменение метеоусловий в виде устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С к отрицательным значениям и запас тепла водной массы на момент этого перехода д'ля всей акватории водохранилища отдельно по гид -ролого-морфологическим районам. При значительной заблаговременно-сти, особенно для сроков установления ледостава (более 10 дней), эти зависимости оцениваются как удовлетворительные для большей части акватории, а для глубоководного приплотинного района - как хорошие;

- сроки вскрытия определяются устойчивы^ переходом температуры воздуха через 0°С к положительаки зкаченаш к уровнем воды на момент перехода для первого (верхнего) и северной части второго районов водохранилища;

- для большей части акватории характерно наличие тесной связи мезду сроками появления ледовых явлений и установления ледо -става в осенний,период, сроками вскрытия и очищения ото льда во-' доема весной. Согласно имеющимся критериям представленные зави т оииости оцениваются как удовлетворительные, а для отдельных участков - как хорошие.

4-, Фактор морфометрии в условиях водохранилищ оказывает значительное влияние на интенсивность и продолжительность процессов образования и разрушения ледяяиго покрова, учет которого возмо -асн с помощью предложенного автором морфометрического козффици -ента Км, представляющего собой соотношение площадей и глубин глубоководной, мелководной и прибрежной зон в пределах районов . Капского водохранилища. Закономерности формирования и изменения характеристик образования, нарастания и разрушения ледяного покрова по районам водохранилища полностью соответствуют изменению значении морфометрического коэффициента.

5. Получены зависимости сроков наступления ледовых фаз в осенний период от предложенного автором комплексного параметра, учитывающего совокупное влияние климатических условий, запаса тепла водной массы и морфометрических особенностей районов водохранилища.

6. Исследование пространственных закономерностей между сроками установления ледоставе осенью и сроками вскрытия веснеч как в пределах одного района, так и в разных районах показало наличие надежных ( г > 0,84.) статистических связей этих процессов по районам водохранилища.

7. Исследование условий ледообразования, нарастания и распределения толщин;-! ледшю. ^ покрова, а также разрушения льда на сс -нове морфометрического коэффициента и выявленных пространственно-временных закономерностей позволило выполнить районирование акватории кодохранилища но рассматриваемым процессам. Границы надо -ленных районов по всем трем фазам ледового релима пр;...тпчески совпадают со схемой гидролого-мордуологического районирования, что еще раз подтверждает большую роль морфометрии и необходимость более детального ее учета при изучении ледового релш.'.а искусствен -ных водоемов.

в. Анализ (мтропогенного воздействия на додовцй рогом во до -хранллища по .ияал, что сбросы силымаинерализовашг.-ос сточных вод оказывают влияние на толщину и структуоу льда руслу ¡>ок зонг, го первого (верхнего) района всдсдстввз ехшюаиь» льда спаау.наличие полыньи в районе г.Ьирлзят-л и ее развитие вниз по течению к концу зимы ускоряет процесс разрушения и вскрытия ледяного мокро ьа ¡¡а ьодосис и дел.<-,>т иавозкояшш ооразованис авторов льда в райокг чиклинива^вп и- :;-ора.

Установлено, что площади полыньи в районе сбросов подогретых вод Пермской ГРЭС хорошо (г = о,82 * 0,90) коррелируют с темпе -ратурой воздуха и уровнем воды в водохранилище. Своеобразие формы полыньи и ее динамика позволяют говорить об имеющей место рециркуляции подогретых вод. При вводе в эксплуатацию последующих энергоблоков рециркуляция увеличится, что приведет к повышению температуры сбрасываемой воды, если не принять мер по строительству ограждающей дамбы, препятствующей поагуплеиию подогретой воды в заборный канал.

9. Результаты выполненной работы приняты к использованию в исследованиях по комплексной целевой программе "Кама" и для уточнения прогнозов ледовых явлений Пермским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

10. Опыт проведения комплексного изучения ледового режима водохранилища показывает, что для дальнейшего углубления его исследований необходимо использование дистанционных методов (аэрокосмических, аэрорадиолокационных), а также проведение специальных полевых экспериментов.

По теме диссертации автором опубликованы следующие работы:

1. Тепловое воздействие Пермской ГРЭС на ледово-термический режим Камского водохранилища при двух работающих энергоблоках // Тез. докл. науч.-практич. конф. "Методологические аспекты гидрологии и водной экологии Урала". Пермь, 1990. С.20-22.

2. О поперечных деформациях ледяного покрова при сработке водохранилищ // Там же. С.23-25.

3. К исследованию процесса ледообразования на Камском водохранилище /У Тез. докл. науч.-практич. семинара "Проблемы вод -ной экологии Камского бассейна". Пермь, 1991. С.39-40.

4. 0 характере распределения толщины ледяного покрова на Камском водохранилище // Тез. докл. на меквуз. конф. молодых ученых. Пермь, 1992. С.9-Н.

5. Общее состояние изученности ледовых явлений в водоемах замедленного водообмена и изученность ледового режима. Камского водохранилища. Дел. в ВИНИТИ 23.12.92. № 3630-В92. 15 с.

6. Изменение в ледовом режиме Камского водохранилища под влиянием тепловых стоков Пермской ГРЭС // Тез. докл. на межгосударствен. науч. конф. ¡"Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья отдыха". Пермь, 1993. С.МО-Ш ^