Пространственно-временные закономерности водного и ледового режима рек Казахстана

Гальперин, Роберт Израилевич

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Пространственно-временные закономерности водного и ледового режима рек Казахстана
ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временные закономерности водного и ледового режима рек Казахстана"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ

На правах рукописи УДК 556.6: 556.16: 556.048

ГАЛЬПЕРИН РОБЕРТ ИЗРАИЛЕВИЧ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОДНОГО И ЛЕДОВОГО РЕЖИМА РЕК КАЗАХСТАНА

11.00.07— Гидрология суши, водные ресурсы и гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

АЛМАТЫ — 1905

Работа выполнена на географическом факультете Казахского государственного национального университета им. Аль-Фарабн.

Ведущая организация — Среднеазиатский научно-исследовательский гидрометеорологический институт им. В. А. Бугаева.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, член-корреспондент Академии водохозяйственных наук РФ, академик Международной Академии проблем сохранения жизни,

профессор В. А. СЕМЕНОВ;

доктор технических наук,

профессор А. А. ТУРСУНОВ;

доктор географических наук,

ст. научн. сотр. ■ Г. Н. ЧИЧАСОВ.

Защита состоится «20» декабря 1995 г. в 15 часов на заседании специализированного совета Д.53.15.01 по защитам диссертаций па соискание ученой степени доктора географических наук при Институте географии НАН РК по адресу, г. Алматы, ул. Шевченко, 28, малый конференц-зал Президиума НАН Р1\.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии НАН РК-

Ваш отзыв, заверенный печатью, просим направить по адресу: 480100, г. Алматы, ул. Кабанбай-батыра, 99, Институт географии НАН РК.

Автореферат разослан « 3 » ЦодМ^_1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат географических наук

'/цб^/ С' К' ЛХМЕТ0В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальниость тем ы. Исследование пространственно-временных закономерностей водного режима рек - одна из наиболее сложный проблем гидрологии. Их раскрытие предопределяет различную интерпретацию гидрологической информации, принятие той или иной математической модели процесса стока. На их основе разрабатываются методы гидрологических расчетов и прогнозов. Учет таких закономерностей необходим при решении вопросов экономической целесообразности мероприятий, связанных с использованием водных рэсурсоз и конкретных водных объектов.

Работы А.И.Афанасьева, П.П.Денисова, И. П. Дружинина, Г. П.Калинина, Т.П.Кочуковой, П.С.Кузина, Е.А.Леонова, А.В.Рождественского, Д.Я.Ратковича, В А.Румянцева, В.А.Семенова, Н.П.Смирнова. И.В.Сомова, 3. А.Ыелупсо я др. внесли весомый вклад в раскрытие этих закономерностей в масштабах' планеты, континента, территории СНГ, хотя задача еще далека от разрешения. Казахстан в этих работах занимает, как правило, скромное место, отдельно вся его территория, с использованием максимума гидрометеорологической информации, нэ рассматривалась, а единичные локальные проработки ив проясняют общей картины. Еще хуже в этом отношении изучены экстремальные характеристики. Работ, посвященных пространственно-временным колебаниям максимальных расходов и уровней воды, практически не было.

Две особенности -пространственно-временных колебаний стока на реках равнинного Казахстана - слабая пространственная связанность '1 рекордная для континента временная изменчивость стока -предопределяют повышенную потребность в надежной и объемной гидрологической информации. Но гидрологическая изученность равнинной территории Казахстана как раз явно недостаточная, а сокращение в последние годы гидрометрической сети с неизбежностью ведет к информационному дефициту на десятилетия. Отсюда вытекает необходимость обобщений накопленных данных и развития расчетных методов, в том числе при минимуме исходных материалов - по о>т.нь коротким рядам или даже по результатам полевого обследования водотока. Таких рекомендаций в СЙиПе не содержится.

Та же особенность стока рабнинных рек Казахстана - его исключительная неравномерность во времени, а отсюда, - очень высокие

половодья в многоводные годы - обусловливает особый интерес потребителя гидрометрической информации к экстремальным характеристикам, в частности, к максимальным уровням и расходам воды. На этих характеристиках основываются параметры проектируемых сооружений, мероприятия по зашлте территорий от затопления, оценка экологического состояния пойменных участков и т.д. При всем этоу методика определения максимальных уровней воды фактически не разработана, а сложившаяся практика их оценки по равнообеспе-ченкым максимальным расходам воды далека от совершенства. Вообще по регику и распределению максимальных уровней, воды в реках, кроме изданных 2U-25 лет назад каталогов, обобщений не было. С тех пор по рассматриваемой территории не производилось и оценки влияния ледовых явлений на уровни воды в реках.

Таким образом, как выявление особенностей многолетних колебаний во, toro и ледового режима рек и их территориальной согласованности, так и практический аспект проблемы - разработка методики расчета соответствующих характеристик гидрологического режима рек - наиболее актуальные вопросы современной гидрологии и, в частности, в респус .¡ко Казахстан.

Цель и задачи работы. Цель работы - исследование территориальных и временных закономерностей колебаний характеристик водного и ледового реяима рек Казахстана (по анди-видуальным и групповым оценкам), включая максимальные уролш и расходы поды; разработка на этой основе методов расчета характеристик режим», в том числе по ограниченной информации и в условиях больших временных изменений стока.

Поставлены и решены следуювде научные и практические задачи.

\ Исследование пространственной согласованности колебаний характеристик стока й уровней воды.

2. Выделение групп бассейнов со сходным многолетним ходом стока и исследование структуры рядов годового и максимального стока - по группоьыы и индивидуальным оценкам.

j. Исследование многолетних тенденций характеристик водного и ледового режима рек.

4 Выявление регулярной составлявшей многолетних колебаний.

5. Анализ возможностей оценки характеристик годоеого и максимального стока по ограниченной информации в условиях больсой

временной изменчивости водности равнинных рек.

6. Анализ возможностей'упрощения рекомендуемой СНиПом системы расчета этих характеристик для условий горных рек.

7. Ревизия методов расчета максимальных уровней равнинных рек.

8. Расчет параметров распределения максимальных уровней воды в в реках, анализ их территориальных особенностей и закономерностей.

Э. Разработка рекомендаций по расчету максимальных уровней воды в реках по минимальной полевой информации.

10. Оценка влияния ледовых явлений на максимальные уровни ro-ды в реках.

11. Разработка приемок косвенной оценки теплэпотока на границе вода-Еоздух и характеристик ледового режима рек.

12. Исследование явления образования волн перемещения при замерзании и вскрытии водотоков; разработка расчетных зависимостей для определения наибольшей возможной величины этих волн.

Исходные данные и методика исследований. В основе работы - изданные кадастровые материалы по рекам Казахстана и сопредельных территорий России. Кроме того, использованы следующие данные.

3. Материалы полевых исследований кафедры гидрологии суш КазГУ по водотокам Павлодарской области, системы Тургая, бассейна Балхаша, на р.Урал. Ис^ ¿давания проводились в ранках хоздоговоров с Гилроводхозом СССР, Институтом географии HAH PK, Пав-лодармелиорацией.

2. Экспедиционные и изыскательские материалы организаций: ГГИ, Соизгипрорис и др.

3. Данные физического эксперимента на модели канала в САНИИРИ.

4. Опубликованные метеорологические материалы.

5. Архивные материалы я синоптические карты Казгидромета.

6. Материалы климатических исследований КазНИГНИ (каталог си-но-тических процессов, ежегодные данные по метеостанциям).

7. Ежегодные обзоры опасных явлений погоды.

Применялись методы исследований: теоретический - на базе стационарных данных сети Гидромета и ведомств, экспедиционный, а также использовались результаты экспериментального метода - для моделирования процесса образования волн перемещения. При разработке отдельных аспектов темы использовались приемы статистической обработки и анализа исходной информации, выделения трендов и скрытой периодичности в рядах, корреляционного й регрессионного анализов, разложения последовательности гидрологических полей на ортогональные составляющие, теплового баланса, гидройого-гео-рафического районирования и типизации "плениЛ, географической аналогии. Степень достоверности выборочных показателей подтзерж-

далась определением доверительных пределов и оценкой погрешности расчетов н методов.

Предмет защиты. На защиту выносятся результаты исследований пространственно-временного распределения характеристик бодного и ледового режима рек Казахстана, методика и результаты расчета этих характеристик, в том числе по ограниченной информации.

Научная "н о в и з н а. Основные научные результаты работы следующие.

- Впервые на массовом материале и единой методической сснсзе рассмотрена пространственная связанность и территориальная согласованность многолетних колебаний характеристик водного рекпма рек по всему Казахстану - по индивидуальным и групповым оценка:,;. Показано, в частности, что преобладает тенденция :: согласованности этих колебаний на всей территории, причем эта черта определяется, в основном, экстремальными годами, особенно иаловодкоки.

- Исследована статистическая структура рядов (по отдельны;.* створам и группам бассейнов) годового и максимального стока по рекам всего Казахстана, выявлены внутрирядкые закономерности, многолетние тенденции;" преобладающая система цкхлев. Показало, что в различные периоды характер многолетию; колебаний существенно неодинаков, и статистические свойства длинных рядов определяется теми.их фрагментами, когда они выражались наиболее четко.

- Впервые выявлены пространственно-временные закономерности максимальных расходов и уровней воды и параметров распределения последних для рек равнинной территории Казахстана.

- Предложена принципиально новая методика определения расчетных максимальных уровней воды, разработаны территориальные схемы, аналитические зависимости, графики и номограммы для оценки, соответствусщ;;: параметров по ограниченной информации.

Рассмотрены вопросы определения расчетных характеристик годового и максимального стока рек по ограниченной информации в уповиях его большой временной изменчивости и слабой территориальной связанности; впервые показана различная информативность данных за маловодные и многоводные годы.

- Получены характеристики максимальных уровней воды для'рек равнинного Казахстана, уточнены в сравнении с опубликованными величины годового и максимального стока по рекам Павлодарской области, Районов Центрального Казахстана, бассейна оз.Балхаш.

- Рассмотрена вопросы ледового режима рек и предложены у«иве-

реальные зависимости для упрощенного определения результирующего теплопотока на границе сред вода-воздух и характеристик ледового режима в период замерзания рэх от метеорологических показателей.

- Раскрыта природа колебаний уровня воды при дискретном характере замерзания п вскрытия рек, разработана методика определения параметров образующихся волн перемещения.

П р а к т и ч о с к а я з н а ч и м о с т ь работы. В результате выполненной работы решена хозяйственная задача, связанная с усовершенствованием методов расчетов характеристик водного режима рек, б том число по весьма ограниченной информации. Так, рекомендации по расчету максимальных уровней воды, годового и максимального стока по очень коротким рядам или данным полевого обследования рек находят применение в практике проект-но-изыскательских работ (например, институты "Энергия", Каздор-проект, КазГНИЗ). Целесообразно их включение в СНиП.

Сведения о повторяемости высоких половодий к максимальных урозпей воды могут быть использованы при разработке мероприятий по защите территорий от затопления, при решении вопросов, связанных с экологическим состоянием пойменных участков.

Расчетные данные по величинам годового пли максимального стока рек Павлодарской области, бассейнов Тургая и Сорыоу, бассейна оз.Балхаш переданы заказчикам и учитываются в конкретном проектировании, при решении стратегических и текущих задач использования водных ресурсов или отдельных водных объектов.

Предложенные универсальные для Казахстана зависимости тепло-потерь с водной поверхности и характеристик ледового режима в период охлаждения от метеорологических показателей взамен сложных тешгобалансовых расчетов могут найти применение в конкретном проектировании и способствовать более щирококу внедрению теп . з-балансового метода в практику проектных организаций.

Для конкретного проектирования важны практические вызовы с границах применения рекомендаций СНиПа для расчета стока с горных территорий (учет внутрирядной корреляции, смещенности рассчитанного коэффициента вариации, исправление восстановленных величин на смещение дисперсии, необходимая минимальная длина ряд;ч).

В процессе решения упомянутой практической задачи выявлены пространственно-временные закономерности колебаний характеристик водного и ледового режима рек. Эти данные могут быть использованы при разработке долгосрочной стратегии эксплуатации Бедных ресурсов и водных объектов республики; для оценки гидрологичес-

кнх эффектов в связи с глобальными изменениями климата, а также адаптации к ним различных отраслей хозяйстза; для выбора оптимального варианта размещения гидрометрической сети; в конкретном проектировании - при выборе бассейнов или створов-аналогов, при применении расчетных методов, в которых используется пространственная корреляционная функция. Б частности, данные по связям стока Иртыша с осадками использовались КазНИГМИ при оценке адаптации речного транспорта к изменениям климата Казахстана.

Результаты исследований в виде научных отчетов переданы Со-юзгипрсводхозу СССР (задания С3.02.Д5 и 03.02.Д7 проблемы ГКИТ СССР 0.85.06), Паьлодармелиорацни, Институту географии HAH РК, воиди е научный отчет по теме Координационного плана АК СССР и , Минвуза СССР на 1986-1990 гг. (шифр 3.S.1.7.5). Они внедрены в учебный процесс на кафедре гидрологии суши КазГУ в вида спецкурса " Вре екные гидрометеорологические ряды", в лекционных курса;: у, лабораторных работах по дисциплинам "Гидрология сущи", ''Гидрофизика", "Гидрологические прогнозы", "Бодно-технические' изыскана л" . при курсовом и дипломном проектировании. Практические аспекты исследования были лючены в курс "Актуальные проблемы ги-' дрологи::", прочитанный в 1933 г. по профиля Инженерной гидрологии для специалистов по проектированию искусственных соорукепнН в Институте повышения квалификации системы Минавтодора КаэССР.

Апробация исследований. Отдельные поло-аення исследований по теме докладывались на Всесоюзных коордп- -национных совещаниях по проблеме переброски стока (Ташкент, 1981, НоЕосиоирск, 1933), Y Всесоюзном совещании по применении статистических методов в метеорологии (Казань, 1985), на I, II к III съездах геогррйов Казахстана (Алма-Ата, 1973, 1985 и 1990), на научных семинарах * кафедры гидрологии сущи КазГУ (1931-1994) и лаборатории гидрологик ИГ КАН РК (1994, 1995), на Ученом совете геофака КазГУ (1994, 1935), Ученом совете Института географии НАГ» РК (1991, 1993, 1994 гг.), Научно-техническом совете Казгидромета (199 . Вопросы использования некоторых результатов исследования в учебном процессе докладывались на секции гидрологии суши Комиссии г выспему гидрометеорологическому образованию Минвуза СССР (Алма-Ата, 1981).;

Публикации. Содержание работы отражено в 42 печатных работах* вклочая монографию.

Структура и о'бьем работы. Диссертация-»со-стоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из

299 наименований и приложений. Общий объем 400 страниц, в том числе 57 рисунков, 67 таблиц, 11 табличных приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросы водного и ледового режима рек Казахстана затронуты во многих исследованиях, начиная с монографий Д. й.Абрамовича, П.С. Кузина, Г.Р.Юнусова, Б.Л.Еульца, работ ученых ГГН, выполненных при соствлении "Ресурсов поверхностных вод..." и "Справочников по водным ресурсам". Наибольший же вклад в этом направлении Внесли гидрологи Казахстана: С.П.КавецкиЯ, В.И.Коровин, И.С.Сосудов, З.Т.Беркалиев, П.Ф.Лаврентьев, В.А.Семенов, ¡0. Б. Виноградов, В.В. Голубцов, М.М.Бейлинсон, Р.Д.Курдин, А.А.Турсуноз, В.М.Болдырев, 0.К.Тленбеков, С.К.Давлетгалиев, И. И.Скоцеляс, С.Я.Чистяева, И.Н. Шмароза и многие другие. Однако аспекты пространственно-временных колебаний характеристик водного и ледового режима, как правило, занимают в исследованиях скромное место. Пространственно-временные закономерности рассматриваемых характеристик в Казахстане фактически не выявлены, причем, для данной территории положение осложняется недостаточной изученностью рек, в частности, малым количеством надежных длительных серий наблюдений, а также большой временной изменчивостью стока, в связи с чем детер-минирозаниая составляющая многолетних колебаний выделяется с трудом ка фоне размаха случайных флуктуации.

.Зызоды из исследований, выполненных в данном направлении непосредственно го рассматриваемой территории з целом или для основных ее частей, можно свести к следующему. Ряды стоковых хара-кт ристик отличны от случайных последовательностей, а них повышено количество длительньп: группировок той или иней градаций водности (Г.А.Плитки«). Нет явных направленных климатических тенденций стока равнинных рек, а наличие отрицательного тренда и:-; водности обусловлено исключительно антропогенным фактором (В.А. Семенов). Один и тот же гелиогеофизический или макросиноптичес-кий сигнал вызывает неодинаковую' гидрологическую , реакцию в разных частях Казахстана и даже только равнинной его .части (3.В.Голубцов, М-.Х.Байдал, В.И.Коровин и др. 1.

П с р з У в группу ■зацицаен'нг п о л о. % с-н я й, которые обоснованы в.главах 1-й. 4, состаэадаг результат:.; анализа пространственной, связанности я территориальной "согласованности колебаний характеристик водного реяима 'рек-Казахстана

На территории республики действуют как факторы, способствующие согласованности гидрометеорологической обстановки, так и во- ■ зникнсвенио различий. Относительно простое строение поверхности больней части Казахстана, примерно одинаковое, широтное, простирание основных горных хребтов на его востоке, иго-востоке и юге благоприятствуют согласованности временных и пространственных гидрометеорологических колебаний. Большие же размеры территории и разнообразная ориентация вторичных горных образований способствуют возникновению территориальных контрастов как с республике в целом, так я в равнинной и горной ее частях.

Пространственная корреляционная функция годового стока, рассчитанная как по индивидуальным, так и по объединенным е группы данным, хак и аналогичная функция осадков, свидетельствуют о преобладании тенденции к согласованности колебаний этих характеристик во Есем Казахстане. Положительны почти все' коэффициенты парной корреляции г. О том Ее свидетельствуют результаты разложения последовательности колей годового стока на ортогональные составляющие. Поле перЕого вектора, отличающегося однородностью, ответственно примерно за 45 % общей дисперсии.

Вторая по значимости тенденция (20 % суммарной дисперсии) характеризует зональную эгчшхронность, соответствующую чередованию с севера на юг природных зон и изменению в этом направлении гидрометеорологических характеристик. Вектор отражает свойство анизотропности подл. Действительно, вдоль меридиана коэффициенты парной корреляции стока и осадков ослабевают втрое быстрее, чем вдоль параллели, что следует учитывать при выборе бассейнов-аналогов. Для максимального стока выдел ы две различных зависимости г = Г (и : для соотношения V /дЛ меньше 0,7 и больше 0,7 (л '■? - разница в положении центров бассейнов по широте,дА-по долготе). Первая зависимость аппроксимируется выражением

где I - расстояние между центрами тякести бассейнов, г„ = 0,95 -значение корреляционной функции при Ь, близком к 0, Ь0- радиус

При д У / ^'л >0,7 связь с Ь ослабевает гораздо быстрее, и уке при Ь=500-550 км коэффициент корреляции приближается к 0.

Третдй ьектор (13 '/, суммарной-дисперсен) характеризует ситуации с асинхрошюсть» стока в центре республики и в западной и

(1)

корреляции, в данном случае г ойлабевает в е раз при Ь=600 км.

восточной ее частях.

Метод главных компонент, примененный к максимальным расходам воды рек равнинного Казахстана, дает сходные результаты, хотя основные закономерности в части максимального стока выражены слабее. Однородное поле первого вектора ответственно за 30 '/. суммарной дисперсии, а поля второго и третьего векторов (по годовому стоку) здесь по значимости меняатся местами.

Близкие результаты дают и другие методы анализа, например, с 1 помощью коэффициента синхронности стока, рассчитанного за каждый год -

К^ = (п - С) / К, • (2)

где, при разбивке всех лет ряда на три градации водности, ш -число створов данной градации в текущем году, £ - число створов с противоположной градацией водности, N - общее число створов.

Анализ конкретных ситуаций показывает, что согласованность характеристик годового и максимального стока по всей территории (как и отдельно по равнинной ее части) наибольшая в экстремальные, особенно маловодные годы. В очень маловодные годы согласованно "работают" ках равнинные, так и горные бассейны.

Отсюда следует, что территориальная согласованность стока, годового и максимального, зависит от состава исходного ряда, и неодинаково выражена в разные периоды. Она была наибольшей в 30-е и 40-е годы, когда образовались мощные группировки маловодных и многоводных лет. В последние десятилетия такая согласованность ослаблена.

При исследовании полей, характеристик половодья на равнинных реках выяе .яется, что высоким половодьям в какой-то части Казахстана соответствует ограниченный набор преобладающих ситуаций распределения этих характеристик на остальной территори. В год, когда в какой-то части равнинного Казахстана уровень воды в половодье был очень высоким, возможна одна из следующих ситуаций.

1. Уровни высоки на реках всего равнинного Казахстана.

2. На западной половине территории они повышены, на восточной понижены или наоборот (сходно с полем второго вектора разложения полей максимального стока на ортогональные составляющие).

3. Контрасты зональные (сходно с третьим вектором разложения). - 4. Соответствие в значениях уровней воды на реках запада и востока территории и противоположный знак аномалии в центральной ее части.

5. Высокие уровни воды лишь на отдельных реках.

Нетипичны ситуации, когда бы в одной части Казахстана половодья были бы очень высокими, а в другой - очень низкие. Практически не было лет, когда преобладающая часть Казахстана характеризовалась бы полозодьем с близким к среднему поднятием уровня (или максимального расхода вода).

Рторак группа защищаемых положений, обоснованных в главе 2, включает результаты анализа временных рядов характеристик водного и ледового режима рек Казахстана. Скоррелированность стока смежных лет или других показателей гидрометеорологического режима, тенденция к группировкам лег одной градации водности, вероятность сохранения или смены знака аномалии водности в последующий год, цикличность многолетних колебаний стока - суть отражение одних и тех же статистических войств этих рядов, обусловленных их внутренней связанностью, наличием трендов и циклов колебаний, вызванных к жизни действием крупномасштабных "вибраторов". Каждый из использованных приемов анализа позволил в какой-то степени выявить лишь отдельные свойства рядов. Возможности такого анализа ограничены различной трансформацйей исходного импульса в неодинаковых физико-географических условиях, а главное - неустойчивостью этих . свойств во времени.

Анализ проводился с использованием индивидуальных и групповых сценок. В последнем случае осреднялись данные по нескольким створам со сходными разностными интегральными кривыми стока. Для объединения рядов с различной нормой и изменчивостью стока его величины представлены в виде характеристик а; = (Кг - 1) / Сг,-где К; - кодульний коэффициент 1-го года, - коэффициент ва-~ риации. ^

Осредненные разностные интегральные кривые, свободные от случайных индивидуальных особенностей каждого отдельного стокового ряда, оказались сходными для всех районов равнинного Казахстана, что отражает упомянутую тенденцию к согласованности многолетних колебаний стока на всей территории. Для всего равнинного Каза; тана выделяются следующие фазы многолетнего хода стока: 1) - многоводная - 20-е годы (по 1929 г.), 2) - маловодная -30-е годы (по 1940 г.), 3) - многоводная - 40-е годы (по 1949 г.), 4) - маловодная - с 1950 г. по середину 80-х гг. Внутри четвертой фазы - группировка многоводных лет 1970-1972 гг., а маловодье наиболее четко стало проявляться с середины 70-х гг. При

этом согласованность колебаний на всей равнинной территории проявляется за счет мощных группировок маловодных и многоводных лет в 20-40-э годы, а за пределами этого периода, начиная с 50-х гг., районные различия более заметны.

В горных районах ход стока разнообразнее. В Восточном Казахстане з целом он сходен с ходом стока на равнине, но второй многоводный период продолжался до начала 70-х гг. Что касается рек Заилийского и Джунгарского Алатау, то здесь выделено три типа многолетнего хода стока, без четкой их локализации, но в связи с особенностями питания рек, в частности, с ролью ледников.

Анализ объединенных и индивидуальных рядов годового стока показал следующее. На значительной часта территории, в первую очередь, на ее севере, в бассейне Ишима, а также в Западном Казахстане, ряды отличны от случайных на уровне значимости 5-10 X. При этом число длинны:', серий многоводных и маловодных лет повышено, а число коротких - понижено в сравкениии со случайной последовательностью. К тому яе выводу приводит использование критериев максимальной длина серии и Неймана. Все это соответствует выгодам В. А. Рождественского и -ч.И.Чеботарева, Д. Я. Ратковича, Г. А. Плиткина. Ряды максимальных расходов воды токе содержат повышенное количество длительных группировок одного знака аномалии водности и пониженное - коротких группировок, но статистическая значимость этого явления в отношении' максимального стока обосновывается слабее.

С этой особенностью связана повышенная вероятность на большей части Казахстана сохранения градации водности реки в год, следующий за рассматриваемым (до 60-67 V.). Из крупных рек только на р. Или, велика вероятность смены градации. Эта ке причина, видимо, обусловливает и положительную корреляцию годового стока з смежные годы, на большей части Казахстана г( составляет около 0,2. В бассейне Тургая-Иргиза этой автокорреляции практически кет, что не подтверждает известного тезиса об увеличений связанности рядов стока в аридных зонах. Высокие же коэффициенты автокорреляции стока сметных лет, более 0,3-0,4, как показал анализ, практически всегда свидетельствуют только о неоднородности ряда.

Однако-при исключении 20-40-х гг. . ряды .годового бтска мало отличны от' случайных последовательностей. Иными словам- отмоченные рядом исследователей статистические свойства стоковь;х рядо» определяются теми фрагментами последних, , когда они, эти свойства, в связи с особенностями макросикоптиЧеокой ситуации (¿или

выражены наиболее четко.

Выявление многолетних тенденций стока произведено с помощью сглаживания рядов посредством скользящего осреднения и их испытания ка линейный тренд в соответствии с приемом,.рекомендованным ВМО.

Сглаженные ряды по большинству равнинных рек, как и осреднен-кые данные по группам рек, с очевидностью свидетельствуют о наличии отрицательной тенденции в ходе годового и максимального , стока за период стационарных наблюдений, в особенности с 40-х гг., что в определенной степени соответствует выводам В.А.Семенова, П. П.Денисова, Е.А.Леонова, Г.Я.Винниковг.

Испытание на линейный тренд сглаженных по 5-летиям величин годового и максимального стока свидетельствует о его значительном снижении в равнинном Казахстане за период наблюдений, особенно с начала 40-х гг. Значимость тренда годового и максимального стока по основным районам оценивается в 1-10 %. В среднем стох равнинного Казахстана снижается в год на 1 Большой отрицательный тренд - на реках севера и запада республики. Максимальный расход р.Урал снижается в среднем на 20 м3/с в год, Ишима у Петропавловска - на*'13,5 м /с. Ко не прослеживается тенденции в ходе стока Тургая и Иг~иза, а на правобережных притоках Ишима максимальный расход воды даже несколько возрастает.-

Параллельно величине стока заметно снижается и его ме: -одевая изменчивость. Рассчитанные по 20-летиям значения среднего кзад-ратического отклонения бц от 40-х гг. к концу 80-х для годового и максимального стока снизились в 1,5-2 раза и более.

Литературные данные о заборах вод . в бассейнах Урала и Ишика (И. А. Шикломанов, А.В.Рождественский и др.! свидетельствуют о тем, что антропогенный фактор может быть ответственен едва ли за по-ловийу снижения обьема стока. Что касается статистических параметров максимальных расходов воды, которые в условиях огромной вариации Что* определяются, в основном, самыми выдающимися по зодности годами, то на некоторых реках это влияние вообще ке может быть очень■ значительным, В эти годы по И.А.Шикяоканову распашка водосборов не снижает максимума ртока; крупные ке плотины работают в чрезвычайном рекше эксплуатации и сбрасывают предельно возможный расход. Так, Вячеславское и Сергеевское водохранилища на Ишиме почти не искажают максимальных расходов воды редкой повторяемости; неслучайно, интегральные кривые.апа.ч по основным постай на этой реке не имеют перелома, приходящегося на

годы заполнения или введения в эксплуатацию этик водохранилищ.

Таким образом, отрицательный тренд годового и максимального стока в равнинном Казахстане обусловлен не столько антропогенным фактором, сколько климатическими изменениями -аналогично рекам Европы и Средней Азии. Однако, при исключении из ряда 40-х гг. отрицательный тренд становится незначим, и уменьшение стока сопоставимо с эффектом антропогенных воздействий. За пределами 40-х гг. нет и столь явного уменьшения стандарта годовых и максимальных расходов воды.

5 горных бассейнах согласованность многолетнего хода водности рек меньшая, и локальные закономерности ¿олее завуалированы. В Восточном Казахстане начало века характеризовалось увеличением стока, з затем шло постепенное его снижение. Сток рек Джунгарс-кого Алатау со значительным ледниковым питанием (Сарканд, Карой) ■ имеет явный положительный тренд с начала 30-х гг., который, однако, заметно уменьшился с середины-конца 50-х гг. На подобных реках Заилийского Алатау, где ледники больше деградировали, напротив, - отрицательный тренд, причем очень значительный - с 60-х гг. На большинстве же рек бассейна Балхаша с начала 30-х по конец 50-х гг. - увеличение стока, а затем - значительное его уменьшение, Значимость трендов исследуемых рядов или их отдельных частей - в пределах 10 '/,. При этом антропогенная составляющая здесь заметного влияния оказать не могла, поскольку анализировались ряды естественного стока, для восстановления которого использованы все имеющиеся возможности, включая полевое обследование рек. •

МноголслшЯ ход количества осадков, годовых и за холодный период (работы О.Л.Дроздова, Г.Н.Чичасова, 0.В.Пилифосовой, автора и др.1 не объясняют таких направленных тенденций стока; очеви-чо, играет роль изменение целого комплекса факторов, в частности, известный глобальный тренд температуры воздуха (Е. С. Рубинштейн, Х.Х. Лэм, К.Я.Винников, М.И.Будыко и др.). Так, по данным Г.Н.Чичасова рост средней годовой температуры почти на всех станциях республики составил 1"С и более, но в последнее "время отмечается тенденция ее снижения.

Параллельно глобальному тренду температуры воздуха происходят изменения в ледовом режиме рек и смещения сроков наступления его фаз. Это явление отмечалось В.Б.Шостаковичем, А.И.Воейковым, Б.П.Пановым, Б.М.Гинзбургом, К.И.Поляковой, Н.И.Солдатовой и др. Причем, отчетлизее оно проявляется в осенний период (Б.П.Панов,

1960), что выражается в систематическом запаздывании сроков замерзания рек на ЕТС с начала века, а на реках АТС - с 1920 г.

По нашим данным к середина 40-х гг. продолжительность периода с отрицательной температурой е Центральном и Северном Казахстане сократилась примерно на 15 суток, а затем эта тенденция стала проявляться слабее. В районе же Казалинсха, напротив, произошло удг"кение этого периода. Отмеченная тенденция в весенний период выражена по меньшей мере не хуке, чем осенью. В итоге в северной половине территории, на рр.Урал и Иаим, сроки вскрытия за последние 50 лет сдвинулись в сторону более ранних дат.соответственно па 7-10 и 5 суток. Южнее эта тенденция проявляется слабее, по р.Тургай сдвиг мо.т.ет Оыть оценен всего в 3 суток, а по р.Аягуз • тенденции вообще не выявляется. Соответственно меняется и ледовая обстановка. ■ Так, даже в последние 15-20 лет на момент наступления максимальных уровней воды на большинстве рек ледовая обстановка несколько усложнилась, например, участились случаи с густым ледоходом и т.д.

Однако, в отношении сроков наступления фаз ледового режима антропогенные всздейств. могут намного превосходить фонсвые климатические колебания. И не только при создании водохранилищ. Сильно искажают ледовый режим заборы стока, что нагляднее всего проявилось на примере- нижнего течения Сырдарьи.

Оценка влияния изъятия стока на ледовый режим нижнего течения Сырдарьн произведена статистическим методом. Река несет с юга сравнительно теплые води, к в течение периода с условно ненарушенным стоком, до 1600 г.} даты появления льда и установления ^ ледостава отставали от сроков прохождения створов изотермами О* и "С. Со скачкообразным уменьшением водности реки после 1973 г, разница соответствующих дат уменьшилась, а в районе Казалинскг, где сток снизился на порядок, она даже сменила знак.

Сдвижка сроков в наступлении фаз ледового режима на более ранние сроки осенью здесь составила примерно две недели. Весной, напротив, река стала вскрываться приблизительно на неделю позднее, что показало сравнение соответствующих дат с датами перехода температуры воздуха через + 5 "С весной.

Даяе при самом осторожном подходе к результатам анализа моано заключить, что увеличение продолжительности периода со льдом за счет изъятия стока в нижнем течении Сырдарьи составило примерно 2-3 недели. Учитывая специфические особенности реки, логичен.вывод, что это - предельно возможный эффект изъятия стока. В то ае

время очевидно, что антропогенные влияния в данном направлении могут существенно превзойти фоновые климатические Колебания.

Наряду с трендом, который отражает определенную фазу долгопериодны): климатических колебаний, развивается сложная система внутривековых циклов, образованных различными физическими причинами. Лучше всего проявляются цикли 5-7- и 10-13-летней продол-Еителькости, или в среднем 6- и 12-летние. Для стока рек равнинного и горного Казахстана, для районных стокозых характеристик они нередко обнаруживаются с помощью хорреляциокных функций. При- этом на западе территории продолжительность циклов 5 и 10 лет, з бассейнах Тургая-Иргиза - 7 лет, а на большей части территории, включал ее горные районы, - 6 и 12 >.ет. Поскольку обычно коррелограммы существенно отличны от косинусоиды, в качестве статистического обоснования выводов использовались: оценка значимости пиковых значений функции, критерий Вайнберга (вероятность правильного чередования пиков функции), статистика распределения положительных и отрицательных всплесков функции разных рядов. Помимо годового и максимального стока, рассмотрены и некоторые другие гидрометеорологические-характеристики: атмосферные осадки, атмосферные засухи, даты прохождения максимального расхода воды, коэффициент неравномерности стока, снеговая составляющая стока, температура воздуха, продолжительность холодного периода, элементы режима ледников и Др. Отмеченная цикличность присуща целому комплексу гидрометеорологических показателей, иногда пиковые значения корреляционной функции > значима на уровне 1-Ю '/„ но чаще всего сами значения гС^ ) невелики.

Если же исследовать г(£ > по ограниченны?.: периодам, то окапывается, ,что циклы упомянутой. продолжительности относительно четко проявляется лить з отдельные отрезки времени, и зид ¡и рре-ляционной функции длинного ряда во многом определяется этими фрагментами. 3 частности, особенно четко 5-7- и 10-13-летнче циклы проявлялись в 30-50-е годы (эпоха мощных солнечных циклов на

глое векового роста солнечной активности). В этот период зндчи-

» : • , 'О

мссть всплесков Функции многих процессов явно свидетельствует о

неслучайности колебаний. Статистика распределений по £ положительных и- отрицательных пиков г(С ) разных процессов (осадки, слой стаиваиия на конце ледника и т.д.) такжо позволяет сделать заключение о неслучайности 5-7- и 10-13-летних циклов.

Их природа, до всей вероятности, солп^чкая. Так, в точении XVI-XX солнечных циклов в, годы максимума солнечно^! активности

сток Иртыша был высок, причем, в ХУШ-ХХ циклах - очень высок (рис.1). Повышен был сток этой реки также за 2-3 года до минимума чисел Вольфа. Ход стока в осредкекном по фазам солнечного цикла 10-летии 'метод наложения эпох) за тот ке период с очевидность» свидетельствует о явном соответствии водности этой реки ходу солнечной активности; различие в величинах среднегодовых расходов на разных фазах осредненного периода - в 1,7 раза (рис.2).

За пределами упомянутого фрагмента 5-6- и 10-13-летняя ритмичность. колебаний стока и других гидрометеорологических показателей ослаблена или не проявляется совсем. В 60-80-е годы 10-13-летнпе ритмы не обозначаются для характеристики стека, осред-ненной для всей равнинной территории. Б Северном и Центральном Казахстане, а также в горных районах проявляются 13-летние циклы и, несколько слабее, - 6-7-летние. В западном Казахстане появилась 8-9-летняя регулярная составляющая. При этом надежность оценок даке пиковых значений низкая. За первое 30-летие

века данных по стоку рек мало; в стоке того яе Иртыша преобладали 9-летние циклы, возможно, имеющие приливную природу.

На фоне упомянутых основных циклов отмечаются высокочастотные колебания с периодом 2-4 года. Нередко они определяют вид корреляционной функции. Для -'х выявления разработан специальный метод, когда ряд или его фрагмент последовательно разбиваются на 2, 3 и 4-леткке пегчоды и анализируется ход рассматриваемой характеристики внутри таких периодов. Показателем наличия циклов могут быть число максимумов и минимумов рассматриваемо!) характеристики в разные годы таких циклов (сравнение числа максимумов или минимумов е определенный год п-ле ;я с соответствующей статистикой случайного ряда), а также существенность разницы значений характеристики в разные годы такого цикла.

На отдельных участках временных рядов различных гидрометеорологических характеристик значимость малых циклов обосновывается на уровне ]-10 '/. и даже менее. При этом, во-первых, проявление той или иной малой цикличности на данном отрезке времени локализовано. В разных районах проявляются циклы разной продолжительности или одной и той же, но со сдвигом по фазе. Во-вторых, малые ритмы более показательны для хода характеристик теплого периода; в итоге они более четко проявляются в стоке горных рек, чем равнинных, поскольку в горах осадки теплого периода участвуют в -формировании стока. Б-третьих, малые цикл»!, как и основные неустойчивы во времени. По истечении определенного времени проис-

оды\УоМС1Х

<Л/0

Гады \л/вт1Ч 1

ад

80П 700 600 500 400

Ила.ИУС

12>

<000

1910

дао

«10

1044

1950

«60

й?0

19&0

Рис.! 1 . Фазы солнечных циклов и ход стока р. Иртыш-г. Усть-Каменогорск

1,0

0,6

Толы

, ГодЬ!

- А 6 ^

Рис... Ход характеристики стока р.Иртыш, осредкенной по фазам солнечного цикла

ходит сдвиг цикла по фазе, а иногда последний вообще перестает проявляться. Это в значитэльной степени ограничивает прогностические возможности использования выявленных циклог.

1!сходя из изложенного, в свете прогнозируемого усиления зональной циркуляции мокно ожидать следующего гидрологического эффекта на территории Казахстана. На значительной части равнины климатический сток несколько усилится. Ко в некоторых районах, например, в Джунгарском Алатау, напротив, более вероятно его уменьшение. Тенденция к группировкам маловодных и многоводных лет будет ослаблена, и в ближайшие 10-летия маловероятны такие мощные группировки, какие были в 30-е и 40-е годы; стоковые ряды будут в меньшей степени отличаться от случайных последовательностей, . чем в целом за прошедший длительный период. Проявление 5-7- и 10-13-летней цикличности в ходе стока и других гидрометеорологических "арактеристик будет ослаблено, возможна 9-летняя цикличность, б частности, в ходе стока Иртыша.

Третья группа защищаемых положений, обоснованных в глазе 3, включает вопросы расчета характеристик водного режима к по достаточной и ограниченной информации и результаты таких оценок для конкретных территорий.

Б связи с особенностями пространственно-временного распределения величин стока, - их рекордной на континенте временной изменчивостью и слабой пространственной связанность», - для надежной оценки характеристик водности рек требуются длительные ряды наблюдений и густая гидрометрическая сеть на равнинной территории. Такой сетью мы не располагаем и в ближайшие годы не будем располагать. Это обусловливает необходимость в разработке методов оценки расходов и уровней воды по весьма ограниченной информации. в том »¿исла ко данным кратковременного полевого обследования рак. Небольшие же временные вариации водности горных рея, нзпротив, позволяют яри расчетах несколько упростить требования действующего СНиЯа.

В последние 20 лет разработаны методы сценки мало варьирующих во времени характеристик стока по данным его эпизодических замеров (З.М. Дойроумов, З.Л.Соколов, Н.С.Ратнер, А.М.Владимиров и др.). А-В.Рождественский и др. (1990, 1931) рекомендуют эти методы для сценки стока уже без всяких ограничений.

Статистический эксперимент, проведенный на данных по стоку пар рек Тургай-Карэ-Кенгир и Жаксы.-Сарысу-Жаман-Сзрыс/ ь условиях большой вариации стока во времени показал следующее Принятие

равными модульных коэффициентов годового или максимального стока за имеющиеся годы или год для рассматриваемого створа и створа-аналога недопустимо, если короткая серия лет или единственный год наблюдений маловодны. Информативность данных за многоводные годы намного большая, и сведения даже за один многоводный год надежнее, чем серия лет, не включающая такого года. Причина тому - существенное различие в формировании стока в маловодные и многоводные годы. В маловодные талая вода тратится,■ в основном, на заполнение депрессий рельефа и плесовых лощин в русле реки; сток формируется преимущественно русловыми запасами снога. В итоге в эти годы фактически нет связи между расходами воды рек одного района, и величины модульных коэффициентов для них могут очень сильно различаться. В многоводные годы действующая площадь водосбора увеличивается, и территориальная согласованность значений стока намного лучшая. Приравнивание модульных коэффициентов максимального стока в рассматриваемом створе и створе-акало-ге в случае маловодных лет приводит к средней квадратической погрешности, соизмеримой со стандартом (® ), а при использовании многоводных лет - не более 0,4 0 (рис.3).

коэффициентам аналога: а) - р.Жаман-Сарысу-с.Айса (аналог р.Лаксы-Сарысу-с.Сарысу/, б) - р.Тургай-пески Тусум (аналог- р, Кара-К?нгир) . 1 - все годы, 2 - маловодные. 3 - многоводные

Это обстоятельство существенно повышает возможности использования данных о выдающихся 'уровнях и расходах воды, полученных

при полевом обследовании рек. Единственную веяичину такого максимального уровня (расхода) sosa по ценности можно сравнить с серией Н та, или Q ^з* за весь период непревышения.

На этой основе разработана методика определения максимальных уровней воды редкой повторяемости (см.ниже), с использованием экспедиционного метода оценены максимальные расходы воды малых водотоков Павлодарской области, ка 70 У, расширена исходная информация при оценхе максимального стока рек бассейнов Тургая и Сарысу по данным гидрометрической сети. ' '

Экспедиционные работы в Павлодарской области, проводились в многоводные 1990 и 1391 гг., что свидетельствует .о высокой информативности полученных данных. По меткам высоких вод оценивался максимальный расход воды водотоков, его модульный коэффициент принимался равным таковому по опорному створу р.Адис.у-с.Тендык, по которому восстановлен непрерывный 36-летний'ряд Q,„a.< . По полевым данным получены площади водного сечения и уклоны водотоков; скорость течения рассчитывалась по формулам гидравлики, при этом коэффициент шероховатости определен по данным экспедиционных измерений и по полевым материалам Павлодарского филиала Со-юзгипрориса. Использованы и величины Q^c* , полученные экспедицией этой организации по отдельным створам за 1-3 года.

В итоге многолетние характеристики максимального стока оценены по 20 створам. Средний его модуль колеблется по территории от 3 до 37 л/1,с.кма). Он существенно отличается от приводимых ГГИ завышенных данных, иногда в несколько раз. Так, по створу р.Ашису-с.Тендык, по которому накоплен натурный ряд, это отличие - в 2,5 раза. Кроме Того, сде-чн вывод, что максимальные расходы воды в данном районе не столь значительно зависят от площади водосбора, как это дается в имеющихся редукционных формулах'.

Вопросы расчета стока горных рек рассмотрены при изучении водных ресурсов бассейна оз.Балхаш в зоне их формирования. Многолетний ход водности ■ рех на разных водосборах неодинаков, вплоть до проявления противоположных тенденций. Следовательно, приведение рядов к единому расчетному периоду в данном случае необязательно, и для получения надежных статистических'характеристик целесообразно использовать ряды возможно большей длительности. При этом достаточно иметь наблюдения за 30. лет. Теоретическая средняя квадратическая погрешность расчета нормы в таком случаг составляет 5-6 а коэффициента вариации - 11-15.

Коэффициент''корреляции стока смежных лет г, в среднем для всей

территории я отдельных ее частей составляет примерно 0,2, ас учетом смещенности оценки - 0,23. Анализ отдельных случаев с большими г, с неизбежностью приводит к выводу о неоднородности ря-! да. Малые же значения г, , до 0,2-0,25, практически не сказываются на точности статистических оценок параметров; таким образом, внутреннюю скоррелированность в рядах стока можно не учитывать.

Известно, что обычная формула моментов дает скощенную оценку коэффициента вариации-С^. Произведены расчеты и составлены графики перехода от смещенных оценок к несмещённым'- С,,. Однако, в виду небольших г, и сравнительно невысоких С,у годово'го к месячного стока з горных районах Казахстана, можно ограничиться рассчитанным по формуле моментов значение : коэффициента вариации, поскольку С(, ~ С,- при Сг. < 0,4-0,5. Та же подтверждает расчет смещенных и несмещенных оценок коэффициента вариации для годового и месячного стока по конкретным рядам в Дкунгарском Алатау.

Восстановленные по корреляционным связям величины стока, как известно, имеют отрицательное смещение дисперсии. Проанализированы величины смещения в чатурных рядах при различном числе восстановленных лет, различных коэффициентах вариации стока л коэффициентов парной корреляции Н опорного и реконструируемого рядов. Сделан вывод, что смещением можно пренебречь, если восстановлено не более половины членов ряда. Но и при больаем проценте восстановленных лет смещение незначительно при следующих соотношениях: В V 0,80; И » 0,85 и 0,35; В » 0,80 и

С^ 0,30; й 0,75 и С^ 0,25; С„< 0,20.

Приведенные выводы позволяют несколько упростить повседневную практику гидрологических расчетов. .

Водные ресурсы в бассейне оз.Балхаи в зоне формирования стока оценены (совместно с С.К.Давлэтгалиевым) на основе 74 рядов продолжительностью преимущественно 30-60 лет, при этом учтены все данные о водозаборах и использованы все имеющиеся возможности для восстановления естественного стока рок. Хотя по отдельным водотокам параметры распределения рассчитаны впервые, а по другим существенно уточнены, полученная в результате суммарная величина 11,2 км3 (без учета района Чу-Илийских гор) совпадает с результатами исследований ГГИ и НАН РК (1985). На долю Джунгзрс-кого Алатау приходится 6,40 км3 , или 57 7., на долю Ззил.чйского Алатау и хр.Кегмень - 4,79 км9 , или 43 X, Величины суммарного , стока различной обеспеченности приведены в табл.1;? '

Параметры распределения суммарного стока: С^ = 0,15; С, Сумма равнообеснеченных расходов-воды для маловодных лет несколько ниже приводимых в таблице.

Таблица 1

. Поверхностные водные ресурсы рек бассейна оз.Балхаш (км3) различной обеспеченности

i---г"---1-1--1-1-1-1-1--1

| Район ' | Норма | 5 V. j 10 У.| 25 %|50 %|75 90 '/¡¡95 У.\ .

I___I_I__J__Li_i___i_i-1-1

Заилийский Алатау 4,79 5,76 5,51 5,13 4,74 4,40 4,16 4,02 Джунгарский Алатау 6,40 8,83 В,13 7,20 6,27 3,44 4,80 4,48 Суммарный сток U,2 14,S 13,6 12,3 11,0 9,84 8.S6 8,50

Четвертая группа защита, е м ы х положений включает результаты исследования максимальных уровней воды на равнинных реках, разработанные метода их расчета, в том числе по данным полевого обследования рек (глава 4).

Максимальные уровни воды (Клю» ) рек Казахстана, территории СНГ и дальнего зарубежья изучены слабо. Можно отметить, например, работы А.М.Леьковича (1958), Д.Л.Соколовского (1958), М. Г. Банковского (1968), А.Н.Жи; евича и С.В.Гринберга (1971), В.Б.Лебедева (1972), Л.В.Агарковой и К.В.Ситникова (1376), ' Т.Ф.Асабиной и К.Г.Войковой (1936), П.Ф.Вишневского (1988), Р.А.Нежи. jscxoro к Г. В. Ардашеьой (1988). Всестороннего изучения иахсилгальных уровней воды рек, исключая известные Каталоги 20-25-летней давности, а по территории США - капитального труда В.Г.Хойта и В.Б. ЛокгбеЯна (1955), не проводилось.

Принятая методика расчета максимальных уровней воды далека от-совершенства. В лучшем случае строится эмпирическая кривая обеспеченности максимальных уровней воды. Обычно же, как для изученных, так'и для неизученных участков рек расчетный уровень при-нш. 1ется по равнообеспеченному максимальному расходу (Qwe.* ) с : применением кривой Q = f (Н). Погрешность оценки складывается из погрешностей определения 01Г.а, и кривой Q = f (Н). Но Qmffl по формулам рассчитывается с ошибкой в десятки и даже сотни процентов. При построении же упомянутых кривых гидравлическим ' методом на'результатах сказываются приближенность оценки уклона водной поверхности на пике половодья, незнание "истинного" значения коэффициента иероховатости, несовершенство формул, тдрав-. лики, непостоянство сечения реки, влияние ледовых явлений. Во-

обще равная обеспеченность максимального расхода воды и соответствующего ему уровня - лишь частный случай. К тому же при обследовании водного объекта есть возможность установить именно высший уровень воды, а ух отсюда - ее расход. Даже на гидрсгюстах максимальные расходы воды редкой повторяемости определяются приближенно, тогда как уровни фиксируются непосредственно.

Попытки оценок параметров распределения именно максимальных . уровней воды пока робки и носят региональный характер.

Б основе такого подхода к рассматриваемой характеристике -представление о ток, что во-первых, распределение максимальных уровней воды характеризуется отрицательной или близкой к нулю асимметричностью, и даже их значительная экстраполяция не вызывает затруднений, а во-вторых, что величины Кто» определяются, в первую очередь, особенностями русла и поймы непосредственно в рассматриваемом створе, и географическая интерполяция их статистических характеристик бесперспективна. Обе посылки не находят подтверждения.

Особенности строения русла и поймы непосредственно в рассматриваемом створе обычно играют второстепенную роль в сравнении' с факторами большего масштаба. Известно, что в пределах однородных физико-географических районов сохраняются определенные соотношения между шириной реки, глубиной ее эрозионного вреза и водностью (Б.Я.Панов и др. 1. Показано (Р. А. Нежиховсккй, Г.Б. Ар-дашеза), что возможные подь~мы воды в'реке в половодье определяются, в первую очередь, генеральным- уклоном реки на большом ее участке. О том же свидетельствуют найденные обратные зависимости ста. ,;арта максимальных уровней воды Ои в равнинном Казахстане от высоты местности в створе гидропоста и от средней высоты водосбора. Зависимости могут быть аппроксимированы пря»ой при оценках коэффициента корреляции, близких к 0,8. Следовательно, характеристики амплитуды или вариации высоты половодья главно меняются по территории и есть основания для картирования Он .

Статистическая обработка рядов Ито, как по территории Украины (Л.П.Вишневский, 1338), так и по равнинному Казахстану не подтверждает и тезиса об обязательной отрицательной или нулевой асимметричности максимальных уровней воды: С.г может быть и существенно положителен - до 2-2,5. Основные варианты сродятся к следующему. На беспойменном участке реки (рис.4а) С^, может быть существенно положителен. При ежегодном затоплении поймы величина и знак зависят от морфологии поймы, от наклона ее поверхнос-

ти от бортов долины к руслу, и С-г бывает как положителен (рис.46), так и отрицателен (рис.4в). Если же вода в половодье остается в пределах русла лишь в редкие годы (рис. 4г), то нижние точки на кривой обеспеченности резко уходят вниз, при по-

строении кривой и подборе С^ основное внимание будет уделено точкам з области высоких Н^, и, как и в случае ежегодного затопления ~оймы, величина и знак С. будут зависеть, в основном, от характера поймы. Фактически же все обстоит намного сложнее, поскольку режим максимальных уровней воды зависит от условий на значительном протяжении реки.. Так, на беспойменном участке р.Б.Узень-с.Фурманово коэффициент асимметрии Нта, отрицателен, поскольку выше по течению ползя вода покидает русло. Напротиь, и широкая пойма может не участвовать з пропуске расхода воды, тогда Су.» О,

Рис.4. Варианты затопления поймы реки ■ 1-корепкое русло; 2 - псйма; Н, я йа - низшее и высшее положение максимального уровня воды

Таким образом, есть основания для анализа параметров распределения Я ках в отрыве от соответствующих величин (3 тох . Ис-" пользование же теоретических моделей распределения и - в качестве показателя вариации - стандарта Си , независимого от назначения нуля поста, позволяет произвести определенные территориальные обобщения и разработать методы оценки расчетных уровней

воды Hp в неизученных створах, в тон числе по ограниченной нн-1Ш1$ормации, включая материалы полевого обследования водотока с установлением высвего уровня годы в реке зэ период некревыхеш'я.

В основу анализа и обобщений положены 52 ряда К,по 36 рекам равнинного Казахстана, включающие на менее 35 гет наблюдений, а в качестве дополнительной 'информации - еще 35' радов на 26 реках длительностью 20-35 лет. Все ряды основного массива проверены на однородность - на пергом этапе графически?! методом, к, если предполагалось нарушение однородности. - с помощью критериев Фиыера и Стьюдента. При явной неоднородности ряда принималось одно из следующих решений: отдельная статистическая обработка обеих частей ряда, обработка только едкой части ряда, введение поправки в данные Ц,г.сх за годы короткой части неоднородного ряда, браковка всего ряда.

Среднее квадратическое отклонение С„ (см) тесно связано с амплитудой максимальных уровней зависимостью

•2Ч= 0,271 А - 7 (3)

при коэффициенте корреляции связи 0,97±0,01. Значения б„ меняются по территории в широких пределах: 32-333 см. Наибольшие Бе-личины приходятся па меридиональную часть Ишика и р.Тургай, где амплитуда максимальных уровней достигает 8-12 м. К западу и востоку от этой полосы территории значения стандарта Umax быстро уменьшаются, достигая минимума на восгохе (pp. Кэксы-С'граоу. Иаман-Сарысу, верховья Куры и Аягуза), а ткк^е на стыке Западного и Центрального Казахстана - в бассейнах Эьби, верхнего Са-гк¿¿, верхнего Илека. На р.Урал, некоторых его притоках и rs'.ro-теющих к Hej.iy реках амплитуда колебаний максимальных уровнен водь; также высокая - 5-3 м, соответственно повышены и значения - до 180-210 см.

Сравнительно плавное изменение от створа к створу по-

зволило впервые построить карту распределения этой характеристики по территории равнинного Казахстана. Карта строилась в несколько приближений. В ее основе - данные по упомянутым 52 створам, а корректировка изолиний произведена с учетом вспомогательного массива из 35 рядов. Средняя кзадратическая погрешность определения Ои по карте оценена в 25 '/•; как правило, ока больше С в относительном выражении) для районок . с малыми и мзпьие для больших значений стандарта.' Влияние размеров р'екк,' <гстест-

пенно, имеется, ко, если исключить сгворы непосредственно на Ишиме, то оно существенно проявляется лишь в бассейне Тургая-Иргиза и Северном Прибалхащье, где снятую с карты величину целесообразно сопоставлять с рассчитанной по формуле бн =ПГ).

С меньшей погреиностыо величину би можно получить с использованием данных полевого обследования реки. Поскольку налицо очень тесная зависимость би с амплитудой изменения уровней (или только максимальных уровней воды), для оценки стандарта достаточно определить две каких-то зафиксированных точки этой амплитуды. В качестве первой рекомендуется высший уровень воды Нр( за.'период непревышения, что ыоено установить при обследовании реки или по имеющемуся короткому ряду. В качестве второй предлагается одна из трех характеристик уровня: низший из максимальных уровней воды за тот хе период Н¡>г , средний кз максимальны х уровней воды Н,„од или средний меяенпый' уровень Нмел . При этом Н р возможно установить в поле аналогично Нр, ; ь литературе описаны приемы оценки IIта» (точка переиода от плг,-ка к крутому берегу, нижняя граница смыва "пустынного загара" и т.п.). Средний меженный горизонт может быть определен в полевых условиях или как средний июльский уровень за несколько лет. В табл.2 приводятся характеристики тесноты связи ( г ) и параметры расчетных зависимостей типа

вн ~ а дН + Ь , • (4)

где ДН - характеристика разности уровней.

Как следует из табл.2,- зэаисимосг. (5)-(7) достаточно тесны, и погрешность определен«« по ни:.: оч зависит практически исключительно от точности оценки Н и Н р , то есть от репре-' зентативности периода иеярезыщення.

Сопоставление с фахтаческики (по длинному ряду) С5Н , рассчитанных по выраяешш (5) за.конкретные 20-летия по конкретным пунктам при использовании змпкркчесхой обеспеченности высшего ¡; низшего в ото 20->;отиз уровня или при принятии обеспеченности в соответствии с данными аналога показало, что в основном средняя погрешность такого определения, находится в пределах 12-13 '/., она кеньге теоретической погрепностя оценки бн • по 20-летнему натурному ряду. Средняя погрешность аналогичного определения С'^ По 10- н;-летним рядам составляет примегно 20 7., что погвттдимо-му вполне приемлемо.

Таблица 2

Параметры уравнений и показатели тесноты связей ^ с характеристикой разности уровней воды

1---1-----1--1----—I-----1

| , N | Характеристика | а | Ь'. | г ± Е | | формулы | разности уровней| ] | |

I___!________I____Л____I____I

5 Н 35% 0,311 2 0,99

С Ню«. " И 9с'л 0,392 ' 1 0,99

7 И 2 0%~ 0,550 И 0,99

8 Н„4 - Н таг 0,336 27 0,81 ± 0,03

9 нэч " ^ тс/ ■ 0,431 23 0,29 ± 0,02

10 н*» - ч и та* 0,565 И 0,91 ± 0,02

11 Н гпсг 0,767 с V* 0,95 ± 0,01

12 К20й~ ^ тах 1,108 10 0,98 ± 0,01

13 Н/% - И меж 0,219 4 0,91 + 0,02

14 М и е,« 0,246 3 0,92 ± 0.01

15 Я^- 0,261 4 0,93+ 0,01

16 н ю%- 0,280 8 0,92 г 0,01

17 Н ю'/Г Н 0,300 13 0,90 1 0,02

На основе зависимостей (5'-(17) построены номограммы, позво-я.^зопц-ю производить оценку при любой обеспеченности установленных за период непревышения максимальных уровней воды.

Коэффициенты асимметрии максимальных уровней воды получены для 52 рядов путем подбора на клетчатке вероятностей. При невозможности построить кривую таким образом, чтобы она на всем протяжении • соответствовала гипиричесхш точкам, предпочтение отдавалось тому ео варианту, который яучсе соответствовал верхним точкам. В отдельных случаях предпочтение отдано эмпирической кривой. Применение критерия' х~ свидетельствует о том, что принятые значения С» , в основном, соответствуют эмпирическим дан-на уровне значимости 5 %.

Величины коэффициентов асимметрии максимальных уровней йоды колеблются в широких предела};: от Минус 1,8-2,5 (рр.Кара-Тургай,. Б.Узень, Темир» до 2-2,4 (р. )'!акан-Сарысу-с.Канаарка, р.Коктас). В 43 У. случаев асимметрия положительная (С^ > 0.2), в 30 У. -близка к 0 юг -0,2 до 0.2), и лишь примерно в четверти случаев - отрицательная. Преобладает слабая положительная или ну-

левая асимметрия: в 52 У, случаев коэффициент асимметрии находится в пределах -0,2 < Со, < 0,9. Для 30 '/. створов по абсолютной величине > I. Случаи с большими отрицательными С ¿, соответствует повторяемости выхода воды на пойму 10-50 '/, и затоплению r;ofo/.u на ширину 1 км и более. Случаи с большими положительными; С/ связаны с нешироким затоплением поймы, обычно не более 200 м, иногда - на несколько сот метров. Ко есть и исключения.

Просматриваются и некоторые территориальные особенности. На юго-Еостоге и востоке равнинной территории (без пустынной зоны), ¡«¡нее широтного участка р.Игаим и восточнее бассейна Тургая, -существенно положительные коэффициенты асимметрии ( 1 ) характерны для 40 'Л всех случаев: затопляемость поймы здесь не чаще раза ь 5 лет, разливы рек в половодье не превосходят 1 км, а величины б„ - не более 112 см. Больших отрицательных С е нет.

На б-льшей же части территории большие положительные С^ -редкость, значительные хе отрицательные нередки.

Поскольку определяется со значительной погрешностью,

предлагается групповой анализ его индивидуальных оценок (А.В.Рождественский и др., 1390) полученных по наиболее продолжительным рядам ь однородном в гидрологическом отношении районе. По территории равнинного Казахстана по этому принципу рекомендуются 11 осредпенных районных значений Cj : от минус 2 до плюс 1,7.

По известным бн н С<{, определяются значения максимального уроьня заданной обеспеченности Pf , причем, если при водно-тех- • аическик изысканиях определен уровень ьодь; обеспеченностью PÄ , при использовании распределения Пирсона III типа целесообразно непосредственно получать превышение расчетного уровня ДН по Н Fi

* Н*= % ( Ф, - ) , (18)

где ф = (Нр - lln,.Jt) / О - берутся из таблиц по известным 0„ и С^.

По 52 створам равнинного Казахстана рассчитаны максимальные ypoei : воды различной обеспеченности, разработаны рекомендации по определению Н Р для различных вариантов исходной информации, котор'Й располагает гидролог.-

Анализ конкретных лет с высоким половодьем показывает, что ни один из факторов его формирования не может быть признан определяющим. Так, высокое половодье мс«.ет сформироваться даже при попиленных против нормы зимних осадках или снегозапасах. Но-на большей части равнинного Казахстана, исключая крайний восток.

в такие выдающиеся годы в течение осени и зимы повышена повторяемость типа макроциргсуляции С, а типа Е, напротив, обычно понижена. И наоборот, s годы с низким половодьем повторяемость типа Е повышена.

Многолетнему ходу максимальных уровней и их территориальной согласованности присущи те se черты, что и отмеченным визе пространственно-временным особенностям годового и максимального стока. Более, чем на половине территории, зафиксированы высокие уровни воды на пике половодья з 1941, 1942, 1943, 1S46, 1949, 1954, 1957, 1970, 1971, 1985 и 1938 гг. При .этом в 1.941, 1942 и 194S гг. высокие зафиксированы в 75-95 %

всех створов, а низкие нигде не отмечались; в 1942 г. к тому же на четверти территории прошли половодья, характеризующиеся повторяемостью уровней не чаще раза з 20 лет. Более двух третей территории охвачёны высоким половодьем s 1G70 и 1971 гг., причем в 1971 г. на некоторой ее часта око было очень высоки!.?. Во многие ке другие годы половодье было высоким лишь в отдельных частях республики. Из перечисленных лет только в 1954 и 1957 гг. язно выделялись районы с лззысокики Hm(f : запад республик;; з 1954 г. и бассейн Нурь; s 1957 г.

Существенно различен коэффициент синхронности Кс максимальных уровней воды по различным периодам. Так, з 1936-1351 и 19571975 гг. в среднем Кс составлял соответственко 0,58 и 0,59, причем примерно з половине всех лет он был выше 0,7. Напротив, в периоды 1952-1956 н 1976-1984 гг. больше половины всех лет характеризовались значением К с < 0,4, а средние значения составляли соответственно 0,39 й 0,33. С середины тридцатых по середину 80 х'гг. - явное уменьшение синхронности максимальных уровней.

Выявлено 4 типа распределения H твл по территории.

Î. На всей территории явно господствует одна (из трех) градаций Няох .'

•2. Преобладает одна градация, а две других икеот значительно менызеэ распространение.

3. На зеей территории отмечаются две градации, а третья почта отсутствует.

4. Встречаются все три градации, причем, кет явкего статистического преобладания ки одной из них.

Градации выделялись по значениям обеспечености H . ■ .

В каждый из 4 упомянутых периодов преобладают вполне определенные типы распределения: в 1936-1951 и 1967-1975 - I тип, s

1952-1965 - II к III, в 1976-1984 гг. - IY. Последний тип, наряду с I, характерен и для периода 1967-1975 гг.

Таким образом в течение периода наблюдений отмечались вполне определенные и направленные изменения статистики пространственно-временного распределения характеристик высоты половодья. В последние годы, по-видимому, наметилась тенденция увеличения синхронности в наступлении высоких и низких половодий в равнинном Казахстане, но" для окончательных выводов данных еще мало.

Пятая группа защищаемых поло ж е -н и Я, обоснованных в главе 5, включает вопросы ледового режима рек, расчета его характеристик, влияния льда на уровни воды, в том числе - максимальные.

1J. М. Зейлинсоном £ 1989) вся территория Казахстана по условиям ледового режима рек поделена на 6 районов, из которых 2 включают горные реки, 3 - равнинную территорию с местным стоком, на реках последней период со льдом составляет ь среднем 150-178 суток. При этом амплитуда сроков замерзания основных рек. - 45-62 суток, а сроков. Ескрытия существенно меньше - 26-49 суток. Соответственно значительно различаются и средние квадратические отклонения этих дат: 9-15 против "7-12 суток (средняя квадратичсская погрешность расчета О - 1-2 суток). По всем квантилям распределения территориальные различия тоже больше осенью, чем весной. Наибольшие re они - при поздних сроках осенью. Поздние равно-ооеспечениые даты замерзания растягиваются по территории (от Сырдарьи до Тобола, от Урала до Иртыша) почта на 1,5 месяца, а ранние - примерно на месяц. Весной амплитуда дат по территории по большинству квантилей устойчива п«.- величине - 17-19 суток и лишь для самых ранних дат она доходят до 23 суток.

По конкретным годам территориальные различия существеннее: б Северном и Центральном Казахстане период с ледоставом в разные годы составляет 110-197 суток, а в никнем течении Сырдарьи 35136 ''.уток. Ниже озер и водохранилищ этот период короче: на Иртыше по выходе его из оз.Зайсан до 1960 г. - 78-136 суток. С. заполнением Бухтарминского водохранилища период с ледоставом у Форпоста Убинского сократился на .3-5 .недель, у Семипалатинска -на 2-4 недели,.но уже в районе г.Павлодара заметных изменений не последово./о. Велико влияние на режим и изъятий стока .(см. выше).

При решении задач, связанных со строительством и эксплуатацией крулкьц сооружений используется метод эплового баланса .основы расчетов разработаны трудами многих ученых, среди них - К.И.

Россинский, П.П.Кузьмин, В.А.Рымша; А.П.Браславский, Р.А.Нежихов-ский, Р. Б. Донченко, д. И. Чижов, М. М. Бейлинсон. Метод, учитывающий потоки тепла, физически строг, но сами компоненты баланса рассчитываются приближенно, по полузмпирическим и эмпирическим выражениям. Значит, скрупулезная детализация факторов, как это делается, например, А.П.Браславским, отнюдь не обязательно повышает точность расчетов. Не способствует ей и стремление придать эмпирически найденным коэффициентам универсальный характер - для огромных территорий и различных сезонов года, ках это допускается в методике ГГИ {П.П.Кузьмин, В.А.Рымша, Р.В.Донченко и др.). В итоге, например, методики ГГИ и А,П. Браславского дают практически совпадающие даты начала ледообразования на участке реки, как это показали расчеты за сложные в термическом отношении осени в нтанеи течении р.Урал (створы г.Уральск, пос.Мергеневский, с.Калмыково, с.Тополи). Значения отдельных компонентов баланса тоже близкие.

Расчеты теплопотерь с открытой водной поверхности по суточным интервалам за период охлаждения воды в характерные осени для рек Урал, Ишим, Тобол, Тургай, Сырдарья обнаружили довольно тесные линейные связи рассчитанного результирующего теплопотока 25 со среднесуточной температурой воздуха при г = 0,82-0,92. Угловые коэффициенты связей близкие, они располагаются узким пучком, и может быть принята единая для Казахстана зависимость

£5 = 23,1 < Ч ) + 1,0 , Вт/м(19)

Повышения точности расчетных зависимостей можно добиться при увеличении объема используемой метеорологической информации, в частности, при привлечении данных по скорости ветра. Линейные зависимости типа

2 5 » а ( -I >„ + Ь, ■ (20)

где индекс V означает градацию скорости ветра, характеризуются коэффициентами корреляции 0,92-0,96 при вероятной погрешг сти его расчета 0,01-0,02 (табл.3). Речь идет не о фактических величинах теплопотерь, а о рассчитанных, то есть приближенных, и можно заключить, что метод эмпирических связей с успехом может заменить сложные теплобалансовые расчёты.

Таблица 3

Характеристика связей теплопотерь с открытой водной поверхности ' (Вт/мг> с отрицательной температурой воздуха и скорость» ветра

I 1 : I I I 1

| Н формулы !Скорость ветра, м/с | г + Е | а | Ь |

I___I_:_I_I_I_I

21 0-2 0,92+0,01 16,0 12

22 3-4 0,93+0,01 20,9 0

23 5-6 0,95+0,01 25,8 17

24 7 - 8 0,94+0,01 30,4 14

25 > 8' 0,94+0,02 40,7 41

Следовательно, для получения расчетных зависимостей характеристики ледового режима рек целесообразно напрямую связывать с метеор югическими. Действительно, сроки появления первого льда довольно тесно коррелируются с датами перехода температуры воздуха через 0 "С, а сроки установления ледостава - с моментом перехода температуры воздуха через -5'С. Такие связи характеризуются коэффициентами корре яции до 0,96-0,99 и также могут быть объединены в единые зависимости для всей территории, хотя на юге (Сырдарья, Урал) сдвиг во времени между переходом . температуры воздуха через характерное значение и сроками наступления соответствующих фаз ледового режима несколько больший, чем на севере.

С температурными показателями коррелируют и другие характеристики ледового режима рек: даты вскрытия - с переходом температуры через +а "С весной, приращение льда за декаду, расходы шуги и льда - с суммой отрицательных температур. Но эти связи -индивидуальные для каждого водного объекта.

Так, сроки вскрытия реки, помимо температуры воздуха, зависят от толщины льда и слоя снега на нем, строения льда, динамического и других факторов. Расчеты сроков вскрытия, выполненные за ряд лет по методике С.Н.Булатова для створов р.Урал у г.Уральска и р. .ртыш у г.Павлодара дали следующие результаты. Для р.Урал при вскрытии комплексная характеристика прочности ледяного покров« у И колеблется от 2 до 12, составляя в среднем 7-8. Во вскрытии р.Урал динамический фактор играет малую роль, и величина ч>1) в день вскрытия фактически не связана с уровнем воды. Оценка сроков вскрытия по величине РЬ - 8 обычно дает погрешность в пределах ± 2 суток, и лишь в одном случае - 4 суток*/

При низких уровнях воды в день вскрытия р. Иртыш характеристи-

-ЗЗ-

ка <?Ь - примерно такая же, как на Урале, ко при высоких уровнях она достигает 11-19, а в среднем 15-1Б. Интервал во времени между достижением значений (РЪ от 7-8 до 15-16 примерно 4-5 суток. Именно так здесь можно оценить роль динамического фактора.

Связи величии декадных приращений льда и расхода шуги с отрицательными температурами воздуха автором использовались, например, при расчете различных вариантов эксплуатации канала переброски стока Волга-Дон. При этом средние декадные к суточные расходы шуги (льда и шуги), полученные по формулам Р.А.Нежиховс-кого и А.П.Чижова, различались в 1,5 раза, но те и другие величины тесно коррелируются со средней температурой воздуха (соответственно г=0,9410,02 и 0,96+0,01), поскольку в основе их определения - те же теплобалаксовыэ расчеты.

Ледовые явления оказывают существенное влияние на уровенный режим рэк, создавая "ледовую надбавку" ДЬ. Рассмотрен ряд створов, в основном "неблагополучных" в части влияния льда на уровни воды, за 20-50 лет. Ледовая надбавка выделялась с использованием кривых (2= ПН) для чистого русла: сопоставлялся фактический уровень воды в'рек- с тем, который снят с кривой 0=Г(Н) при свободном от льда сечении при соответствующем расходе воды. "Надбавка" выделялась в двух вариантах: непосредственно на день, когда зафиксирован максимальный уровень воды ( дЬ(), и сравнением с тем Уровней, который имел бы место при максимальном в году расходе воды, если бы льда на реке ке было (АЬг).

Построе ни и сопоставлены кривые обеспеченности Н ^сгх > тех высших уровней, которые наблюдались бы при отсутствии на реке льда, а также величин д'л( и дЬ^. По некоторым створам в отдельны- годи уровень может быть превышен ( ДЬ.>) до 2-2,5 м, на Тоболе - до 3 м, на Найме у с.Марьевка - до 4,5 м. Но именно максимальный уровень воды за счет льда повышается менее значительно - до 1-1,6 и и лишь по Ипшму - свыше 2,5 м.

Превышение же соответствующих квантилей распределения Н.до; за счет льда обычно находится в пределах 10-45 си, и лишь н* Из:име оно значительно больше - до 1-1,2 м. При этом в одних створах эта надбавка стабильна по всем квантилям распределения Ндпах , ' в других она уменьшается для высоких половодий рр. Тов:>г, Кара-Тур-гай,), во время которых' пропускная способность русла, значительна.

Наибольший интерес представляет влияние'ледовых явлении на максимальные уровни воды рек в годы с высоким половодьем. В большинстве рассмотренных Створов значение оЗеспечекностей макснмаяь-

пых уровней и расходов воды близкие, что свидетельствует о калом влиянии льда на в эти годы. Но на некоторых реках, например Жаман-Сарысу, такое соответствие имеется не всегда. В самые многоводные годы на рр.Ишим, Тобол, Тогузак, Моинты и особенно на р.Каксы-Сарысу надбавка лЪг может достигать и превосходить чет-, верть многолетней амплитуды максимальных уровней воды, - то есть на реках севера равнинной территории, а также на ее востоке, где сами амплитуды уровней малы.

Следовательно, в основном, в годы с высоким половодьем "ледовая надбавка'' не так значительна, как нередко указывается в литературе, и представляет собой второстепенный элемент комплекса факторов, формирующих высокие Н;?;с/ .

Ледовые явления влияют на уровни води еще и в случае дискретного характера замерзания или вскрытия водотока при условии замерзания реки сверху вниз и ее вскрытия снизу вверх. Это происходит на крупных реках (каналах) с направлением течения с севера на юг или же на отдельных участках рек любого направления течения. В таком случае образуется известная в гидравлике волна перемещения: отрицательная при замерзании реки и положительная при вскрытии. Это явление для осенних процессов известно как "провальные уровни" (Ф.К Быдин, Б.П.Паков), его природа раскрыта не была; автором оно исследовано совместно с Р. Г. Абдрахимовым. При этом использованы гидрометрические данные по гидропастам в нижнем течении рр.^рал и Волга (до зарегулирования), •экспедиционные материалы кафедры гидрологии суши КазГУ на р.Урал в 1981 и 198?. гг., результаты физического моделирования процесса на модели крупного какала в САНИИРИ.

Летальный анализ материалов по нижнему течению р.Урал с очевидностью свидетельствует о дискретном характере замерзания этого участка реки в отдельные годы. По данным 6 гидропостов - от г.Уральска до г.Атырау длина участка одновременного (в одни сутки) замерзания реки может достигать сотен километров - до 400700, а покрытия - до 300-600. Благоприятная для возникновения волн перемещения ситуация складывается более, чем в 50 7, осеней и весен. Это связано со стремительным продвижением в эти годы в меридиональном направлении изотерм" -5'С и +5 "С (данные 5- метеостанций: Уральск, Чапаево, Калмьжово, Тополи, Атырау).

Принципиальная схема возникновения отрицательной волны перемещения осенью такова. При."мгновенном" появлении ледостава на определенном участке реки за счет шероховатости льда здесь саде-

рживается дополнительная призма воды, и вниз по течению, на свободны!! еще от ледостава участок, в какой-то момент времени поступает уменьшенный расход воды (по П.Н.Еелоконю - 0,5 первоначального, что подтверждается и данными по р.Урал). Образуется отрицательная волна перемещения, тогда как вверх.по течению, согласно положениям гидравлики, распространяется положительная вол-^ на. Соответственно на нижнем, еще "чистом" , участке уровни снижаются ("провальные уровни"!. Распространившийся в виде положительной волны зверя по течению дополнительный объем воды воз -вращается, восстанавливается расход воды, повышаются ее уровни.

Гидрометрические данные по нижнему течению р.Урал позволили, получить величины такого падения уровня за счет образования ледостава по 5 постай за 30-50 V, всех лет рассмотренного периода. Величины падений уровня А II з отдельные годы достигали 30-60 и даже 90 см, причем падение уровня'затягивается., на 3-10 дней. К чем длительнее падение уровня Т. тем оно глубже.

Объем задержанной призмы воды (по П.Н. Еелохсию - 40 V, расхода предшествующего периода) зависит от предледоставиого расхода воды. Р.Г.Лбдрахиновым для ¡нищего течения р.Урал найдены параболические соотношения Н=И(}) к Т=Г( ДН) при корреляционных отношениях порядка 0,7.

Весенние процессы протекают по противоположной схеме: при вскрытии участка реки освобождается задерживаемая за счет дополнительной шероховатости неподвижного льда призма воды,.,- к вниз по течению, на ранее вскрывшийся участок, распространяется положительная велня. перемещения. Этот эффект на отдельных участках рек мс ..ет сказаться л на величине максимального уровня воды.

На фоне более мощней волны половодья гидрометрическими данными обычно эти величины дН не обнаруживаются, хотя в отде— ных случаях учащенные наблюдения и тщательный анализ гидрометеорологической обстановки на протяженном участке реки позе ляют его выявить, что и было сделано по материалам,экспедиционных наблюдений на р.Урал на участке от г.Уральска до с.Кушум в 1982 г.

Положительные волны перемещения при вскрытии водотока исследованы на модели 4-километрового участка канала, который должен иметь ширину по дну 95,6 м, заложение откосов 4,0, глубину - до 9,68 м и расход воды летом 1000 и3/с, зимой - 600 м*/с. Ледяной покров имитировался плитами пенопласта, соединенными скобами и покрытыми брезентом - для создания сплошности и большего погружения. Колебания уровня на модели фиксировалисл на расстояниях

3, 9 и 20 м от ео начала. Полученная высота волны при "разрушении ледостава" в среднем по совокупности опытов составила 1,8 м.

Условия в канале, без извилистости русла, мелководий, островов, отличны от условий рек, где перечисленные особенности снижают величину лН. Поэтому при построения единой универсальной зависимости лН=ПСЗ), учитывающей как положительные, так и отрицательные волны перемещения, в оОласти точек, соответствующих рекам, кривая проводилась близко к положению огибающей, а в области экспериментальных точек - как средняя. Ее аналитическое выражение

= -0,06 + 1,178 - 0,123 (1еС})£. (26)

Зависимость дает максимально возможное значение колебаний уровня воды при данном (предшествующем вскрытию) расходе воды.

5 результате проведенных исследований разработаны новые и усовершенствованы существующие методы расчетов характеристик водного и ледового режима рек Казахстана, ь той числе по минимуму исходных данных. В условиях дефицита гидрологической информации это является решением зажной хозяйственной задачи. Часть методов внедрена в практику проекию-изыскательскнх работ. Разработки базируются на впервые раскрытых непосредственно для территории Казахстана закономерностях пространственно-временного распределения характеристик режима.

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в следующих работах.

1 Годовое количество осадков на территории Восточного Казахстана// Бопросы гидрологии Казахстана. - Алма-Ата: Наука, 1963,-.С. 46-77 (с И. С. Соседовым).

2. Опыт учета влияния ветра на количество измеренных осадков в Восточном Казахстане// Вестник сельскохозяйственной науки (Алма-Ата). - 1961. - N 1. - С.100-108.

3. Распределение твердых и жидких осадков по территории Вос-точн -о Казахстана // Бопросы географии Казахстана. - 1965. -Вып.11. - С.3-12.

4. Распределение максимальных снегозапасов но территории Восточного Казахстана// Бопросы географии Казахстана. -1965. - Вып. 11. -С.13-18 (с В.М.Болдыревым).

5. Изменчивость атмосферных осадков в Восточном Казахстане //'

Географические пройдены освоения пустынных я горных территории!;. - Алма-Ата: Казахстан, 1965. - С.107-103.

8. К зопросу о колебаниях стока в Восточном Казахстане// Раз, внтие географических наук в Казахстане. - Алма-Ата: Казахстан,

1987. - С.106-109.

7. Колебания услозпй увлажнения г, Восточном Казахстане// Яро, блекы физической, экономической н медицинской географии Казахстана. - Алма-Ата, 1857. С. 35-41.

2. О цикличности гидрометеорологических показателей// Сборник работ Алма-Атинской ГШ. -1970. -Внп.5. -С. 164-171.

9. Внутрнзекоаая цикличность гидрометеорологических характеристик на востока Казахстана. Статья первая// Доклады и сообщения. - Алма-Ата: Географическое общество КазССР.- 1970. -С.72-88.

10. Внутриаекозая цикличность гидрометеорологических характеристик па востоке Казахстана. Статья вторая// Доклады и сообщения, - Алма-Ата: Географическое общество КазССР. -1970. -С.89-39.

11. Количества осадков различной обеспеченности в Восточном Казахстане// Вопрос:,: географии Казахстана. - 1Э70. -Вып. 15. -1570. -С.54-71.

12. 9 выдающихся максимальных расхода;: воды на горных и полугорных роках Казахстана/'/ Материалы республиканской научно-методической конференции по вопросам гесграйпи. - Алма-Ата: КазГУ, 1970. -С.98-99 {с А.П.Гзпоноакм, В.П.Платоновым).

13. 0 характера проявления внутризекой цикличности климата и стока// Вопросы гидрометеорологии в Казахстане, вмп.З. - Алма-Ата: КгзКИПШ, 1971. -С. 30-41.

14. О вертикальной зональности стока рек Алтая// Водные рееу-сы Алтайского края. - Барнаул: 1971. -С.19-21.

15. Связи стока и осадков ¡га востоке Казахстана// Тр. КаэНИГШ?. - 1975. - Бып.48. -С.142-149.

16. Анализ колебаний количества осадков с бассейне оз. Балкан:// Тр.'КазНИГШ. - 1976. -Вып.57. -С.60-35.

17. Анализ группировок маловодных и многоводных лет на реках Казахстана// Использование и охрана годных ресурсов Казах тана.'-Ллма-Лта: КазГУ, 1979. -С.130-136 (с А.И.Васильевым).

18. Пространственная связанность и г.репеннИй колебания годового сток?.! в Казахстане// Развитие география Я Казахстане. Материалы I географического съезда КазССР. - Алма-Ата, 1375. -С.98-100.

19. О пространстгенно-врекешшх колебаниях стока рек Казахе-

тана// Развитие и преобразование географнчесхой среды Казахстана. - Алма-Ата: КазГУ, 1982. -С.122-131.

20. Возникновение волн перемещение на водотоках при ледоставе// Гидротехника и мелиорация. -1983. -Л 12. -С.25-28 (с Р.Г. Абдрахимовым).

21. 0 многолетних колебаниях гидрометеорологических элементов е районах прохождения казахстанского участка канала переброски// Тр.КазН'ЛИ ГоскомгИдромета. - 1984. - Вып.90. -С. 105-115.

22. Некоторые особенности ледового и уровенного режима нижнего течения р.Урал, как аналога канала переброски стока сибирских рек// Научное обоснование технических решений проекта переброски стока сибирских рек в Казахстан и Среднюю Азию. -М.: Союзводпро-ект, 1984. -С.27-40 (с Р.Г.Абдрахиыовым).

23. 0 многолетних колебаниях и территориальной связанности величин максимального стока в Казахстане// Тезисы докладов II съезда .географического общества КазССР.-Алма-Ата: Наука, 1985. -С.49-50.

24. К вопросу о периодической составляющей многолетних колебаний гидрометеорологических показателей// Тр.КазШШ Госкомгид-ромета..- 1935. - Вып.92. -С.123-133.

25. Сравнение методов теплового баланса и эмпирических связей для ледотермических расчетов// Тезисы докладов научно-теоретической конференции КазГУ. - Алма-Ата: КазГУ, 1985. -С.13'-136 (с Р. Г. Абдрахимовым, Л.Н.БаталоЕой, Б.М.Примбетовой).

26. Некоторые данные о многолетних колебаниях гидрометеорологических показателей в бассейнах озер Балхаш-Алаколь// Вопросы гидрологии орошаемых земель. - Алма- та: КазГУ, 1986. - С.25-31.

. 27. Некоторые аспекты статистического анализа гидрометеорологических рядов// Тр.КазШШ Госкомгидромета. - 1987. - Вып.96. -С.115-122.

28. Об .изменении ледового режима нижнего течения Сырдарьи в связи с изъятием стока// Тр.КазНИГМИ. - 1988. - Вып.102. - С.71-79.

29. К расчету ледового режима рек и каналов// Тр.КазНИГМИ., -1988. - Вып.102. -С.135-147.

30. Исследование водных ресурсов бассейна оз.Балхаш в зоне формирования стока// Научно-технические проблемы освоения природных ресурсов и комплексного развития производительных сил Прибалхашья. Секция 2. - Алма-Ата: Наука, 1990. - С. 151-155 [с С.К. Давлетгалиевым", Л.П.Мазур). '

31. Оценка статистических характеристик стока рек горней территории// Экологические проблемы Казахстана, ч.1. - Алма-Ата: 1990. С.71-73 (с С.К.Давлетгалиевым).

32. Водные ресурсы бассейна оз.Балхаш в зоне формирования стока// Природные ресурсы Йли-Балхашского региона. - Алма-Ата: Наука, 1990. - С.57-65 (с С.К.Давлетгалиевым).

33. Статистические характерногики максимальных уровней воды па реках равнинного Казахстана// Тр.КазНИГМЙ. - 1992. - Вып.111.

- С.194-205.

34. Размеры волн перемещения, образующихся при замерзании и вскрытии водотоков// Тр.КазНИГМИ. -1992. -Вып.111. -С.205-213 (с Р.Г.Абдрахимовым).

35. 0 выдающихся половодьях на реках равнинного Казахстана // Вопросы гидрологического и гидравлического режима рек Казахстана. - Алматы: КазГУ, 1993. - С.36-42.

36. Территориальные особенности параметров распеределения максимальных уровней воды на реках'равнинного Казахстана// Вопросы гидрологического и гидравлического режима рек Казахстана.' -Алма-тч: КазГУ. 1993. - С.78-35.

37. Максимальные расходы воды водотоков Павлодарской области// Вопросы гидрологического и гидравлического режима рек Казахстана.

- Алматы: КазГУ, 1993. - С.52-51 (с М.Н.Молдахметовым, 'Ж.С.Нур-хановым, А.Г.Чнгринцом).

38. Анализ рядов максимального стока в равнинном Казахстане// Гидрометеорология г> Казахстане - Алматы: КазГУ, 1993. - С. 31-40.

39. О территориальной согласованности колебаний максимальных расходов воды ка река:: розничного Казахстана// Гидрометеорология в Казахстане. - Алматы: КазГУ, 1993. - С.74-80.

40. Многолетние колебания годового стока а бассейне оз.Бг.д-хгп// Географические проблемы Или-Балхашского бассейна. - Алматн: Гыпым, 1993. - С.63-71.

41. Высокие уровни воды на реках равнинного ¡(азахстаиа. - Алматы: КазГУ, 1994. - 171 с.

12. Водные ресурсы бессточной впадины Шаякар-Тениэ // Вестник КазГУ, серия географическая. - 1994. - С.65-71.

h'0

Дайектеме

Кумнста Казахстан езенаерниц су жане муз режиммдерш1к netucrlK-уакыттык озгеру эаидилмктарн аныкталды. Эртурл! ©э-геыел1ктерд1 есептеуд1к ад1стер1 жете тексер1ЛД1, соныц 1ш1-нде шамалы информация сс.йынша.

Resume

R.I.Qalperin. "Space-time patterns of water and See rivers* regime in Kazalistan",

Patterns of space-' tme fluctuations of water und ica rivers' regime in KazaKstan are exposed in tills worK. Methods of different regime characteristics calculations, including cases with limited information, are worked out liers.

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано к печати 26.10.S5.

Объем 2,0 п.л. Заказ 413 . Тираж 100. Бесплатно.

Типография ДОГ Мгнтранса PK.

Информация о работе

Гальперин, Роберт Израилевич
доктора географических наук
Алматы, 1995
ВАК 11.00.07

Автореферат

Похожие работы