Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Структурно-гидрогеографический подход к анализу и расчетам речного стока (на примере Южно-Уральского региона)

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Структурно-гидрогеографический подход к анализу и расчетам речного стока (на примере Южно-Уральского региона)"

Лч

г-., О О'

.. .. -

^ ПЕРМСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

• Оэ

На правах рукописи

ВОРОНИНА Тап.япа Владимирова

СТРУКТУ РНО-П1ДРОГРАФИ Ч ЕС КI! И ПОДХОД К

А НАД И ЧУ И РАСЧЕТАМ РЕЧНОГО СТОКА (НА ПРИМЕРЕ ЮЖНО-УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА)

Специальность 1 1.00.07 - Гидрология сути, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени каидпда га географических паук-

Пермь - 1997

Работа выполнена на кафедре физическом1 cot рафии и гпдроло гшf суши Башкирског о государственно! о университет. На\паын рукоиодм- доктор географических паук, профес-

ТСЛЬ

Официальные оппоненты

сор, академик МАМ ЭБ А.М.Гарееь

доктор географических паук, профессор,

академик МЛН ВШ А.М.Комлев (1'. Пермь)

кандидат географических наук, доцент,

Е. А. Чер! u,ix (г. Пермь)

Ведущая организация Башкирский фнднад PocHIWBX

(г.Уфа)

Защита состошся 23 июня 1У97 г. в 14-00 часов па 'заседании сисцпа.ш ¡прошитого сонета К".063.59.(11 в Пермском государственном университете им. A.M.Горького по адресу: 614600, Пермь. ГСП,}л.Букнрсии, 15, Пермский университет.

С диссертацией можно оонакомться в библиотеке Пермского университета.

Автореферат разосдан^с,^ i-Ct C'i 'i_______1997 г.

Ученый секретарь спещшшз!(рованио) о совета, кандидат географических наук:, доцент

Н. Б.Сорокина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Усиливающийся дефицит водщлх ресурсов на Южном Урале и, в особенности, в Приуралье способствует все большему вовлечению в хозяйственный оборот ресурсов малых рек, отличающихся, как правило, слабой гидрологической изученностью. Недостаточность или полное отсутствие материалов гидрометрических наблюдений на подавляющем большинстве малых рос побуждает к поискам косвенных методов расчета стока, основанных на теистическом анализе процессов тидротенсзпса, выяснении причинно-следственных связей с определяющими факторами географической среды. Такой анализ позволяет создан, основу для научной разработки методов г идрологических расчетов при недостатке или полном отсутствии материалов наблюдений.

В нормативных документах но расчетам основных гидрологических характеристик при строительном проектировании в условиях отсутствия материалов гидромефпческих измерений рекомендуется использовать метод теологической аналоши (СНпП 2.01.14.-83, 1985), Сущность метла состоит в подборе рек-аналогов, на которых имеются наблюдения за стоком н которые находился в сходных е гидрологически неизученной рекой физико-географических условиях. Однако в районах с большим разнообразием эгнх условий, где последние осложняются наличием многих местных факторов, весьма затруднительно выбрать па практике надежные аналоги.

Концепция метода гидрологической аналогии включает весь комплекс физико-географических факторов, в том числе гидрометеорологические, определяющие условия о екания влаги по склонам водосбора н в речной сети (Г.чушков, 1961; Владимиров, 1990). Поэтому метод гидрологической аналогии может был. усовершенствован для целей расчета стока нулем учета особенностей структуры речных систем. Речная сеть н речные системы, являясь результатом взаимодействия геолого-1 еографнческнх факторов, несут в себе закодированную информацию об элементах этого комплекса факторов. Она отражает как особенности гидролого-клнмагпчеекпх условий, так и динамику тектонических движении н степень сопротивляемости размыву слагающих водосбор пород. Поэтому, изучив гидрографические условия речных, систем и установив причинно-следственные связи, можно использовать их в индикационных целях, т.е. по количественным структурпо-тндрографнчсскнм характеристикам речной сети, как индикаторам, давать оценку основных характеристик речного стока (Балков, Воронина, 1994; Воронина, 1994).

К этому следует добавил,, что гидрографические характеристики рек и их водосборов представляют наиболее обширную группу физико-географических факторов, которые еще слабо используются в гидрологическом анализе и расчетах стока.

Дсл^тадоды. В связи с.изложенным в работе поставлена цель -произвести исследование структурно-гидрографических особенностей речных систем, выяснить гидрологическую роль основных гидрографических характеристик, обосновать возможность их использования при подборе бассейнов рек-аналогов для анализа и расчета стока неизученных рек. При этом предстояло решить следующие задачи:

- разработать методику исследования речных систем - выявите физико-географические факторы их развития, установить взаимосвязи между отдельными элементами речных систем;

- произвести структурно-гндрографическии и гидрологический анализ речных систем, установить взаимосвязь основных количественных гидрографических показателей с характеристиками речного стока;

- используя индикационные свойства гидрографических особенностей речных систем, обоснован» возможность расчета стока рек при отсутствии гидрометрических данных.

Метод исследования, объект изучения, исходные материалы.

В основу исследования положены пршнишы материалистической диалектики, провозглашающие системность в явлениях природы, взаимную связь н взанмообусловлсшюсгь, необходимое ib ВЫЯСНС1ШЯ причинно-следственных связен. С учетом этих принципов применен специальный гсографо-пщрологический метод, а также метод индикационного обобщешм гидрографической информации. Средствами реализации указанных методов явились райоинровашю, картографирование н корреляционный анализ. В качестве первоисточников предмета исследования использованы труды ученых Хортона, Стрелера, Глутикова, Панова, Ржашнц.ша, Черт.IX и др.

В качестве объекта исследования выбран Южноуральскнй регион, характеризующийся большим разнообразием геолого-географнческнх условий формирования и территориально относящийся к трем системам рек: Белой (до устья), Урала (до г.Оренбурга) а Тобола (до г.Ялуторовска). Территория региона входит в состав трех ландшафтных стран, существенно различающихся но природным комплексам условий: Восточной окраины Русской равшшы, горного Урала и Зауральской части ЗападноСибирской равнины. Исходными материалами послужили сведения но более чем 20 тыс. рек, суммарной водосборной нлогдадью 40У,3

тыс. км- и oomcií длиной 105 тыс. км. При этом использовали материалы многолетних наблюдении л л режимной есш станций и постов Госкомгндромета, помещенные в изданиях Государственного Водного Кадастра.

Научная новизна работы заключается:

]) в обосновании сгруктурно-шдрографического подхода к исследованиям и расчетам стока малых рек;

2) в разработке методики структурно-гидрографического и гидрологического анализа речных систем;

3) в установлении количественных характеристик речной сети, используемых в качесгпеиндикаторов речного стока;

4) в проведении анализа структуры речных систем, условии их формирования, выявления их особенностей в связи с геолого-географическими факторами;

5) в разработке рекомендаций но расчетам стока малых рек при отсутствии данных пирометрических наблюдений.

Практическая значим осн. рабо-m. Показана возможность н целесообразность применения обширной и слабо нспо;п,зуемо1'1 информации о стружтурно-гидрографпнеских особенноеiях речной cení, позволяющей более обоснованно н надежно решать задачу разработки методики инженерно-гидрологических расчетов на малых неизученных реках ддя целей эффективного хозяйственного использования их водных ресурсов.

Основные положения, выносимые на зашгггу:

Mei оддка струк i урно-шдрографнческих исследовании речных систем, выявление их количественных характерце шк, используемых в качестве индикаторов речного стока.

Оценка гидрологической роли с грук гурно-гндро! рафнческих харак теристик речных систем.

Рек'омсндацин по расчетам стока малых рек при отсутствии гидрометрических данных..

A11 роб ai yi я pj i брп>_ь Основные положения работы докладывались на международных конференциях "Регион и география" (Пермь, 1995), "Геоэкология в Урало-Каспийском регионе" (Уфа, 1996), Мс'лгра пональпоп научио-пракистескон конференции "Бассейновый принцип в оптимизации водопользования и водоохранных мероприятии" (Уфа, 1994), Межвузовской научной студенческой конференции "Проблемы географин, охрана природа л природопользования" (Уфа, 1995). Основные результаты исследований и содержания диссертационной работы опубликованы в IÜ печатных работах автора.

Авторские разработки н результаты исследования частично реализованы в НИР кафедры по теме: "Влияние структурио-

П1Д|>01 рафпчеекпх особенностей системы верхнего течения р. Белой на водный баланс и сток ueeei rucio половодья (до г.Стерлитамака)". Научно-методдчсекне разработки используются ii учебном процессе на геофаке БГУ по спецкурсу "Инженериая гидрология".

Jli im ii.lii вклад au гора. Основные, выносимые на защиту, положения получены лично автором. Но ряд научных н методических разработок выполнен совместно с сотрудниками кафедр?.! физнче-скон географии п гидрологии Башкирского университета. Во всех таких случаях в представленной работе дано указание на соавторство.

С труктура н обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, четыре-; глав, заключения, списка литературы н приложений-Обьсм работы страниц, в том числе 30 рисунков, таблиц, список литературы ш 130 наименований и Приложения на стр.

СОД Е РЖА Н И Е РА Б О Т Ь1

Глава I. ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ СТРУКТУРНЫХ

ОСОБЕННОСТЕЙ РЕЧНОЙ СЕТИ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Вопросы, касающиеся структуры речных систем н влияния па гидрологический режим рек, рассматривались в работах Р.Е.Хортона (1948), Б.П.ГЕшова (1934, 1948, 1954, 1971), . А.Н.Сгрелера (1952), Н.А.Ржашщына (1960), И.Н.Гарцмаиа (1968), Л.И.Дрешша (1970), Е.А.Черных (1969, 1970, 1971, 1974), А.М.Комлева н 12. Л. Черт,г к (1984), Н.М.Алюшннскоп п А.И.Охинчен1;о (1973), И.О.Тимофеевой (1986), А.Д.Абалакова (1986), В.П.Фндософова (1959, 1967), Л.М.Корытного (1986) н др.

Сложность и разнообразие структур речных систем, зависящие от особенностей взаимодействия комплекса физико-географических факторов, вызывает необходимость для их исследования подбирать соответствующую модель. В основу исследования положена дихотомическая модель структуры речной сеш, предложенная А.И.Стрелером и усовершенствованная М.А.Ржашщыным и Е.А.Черных. В качестве критерия, позволяющего выделял, потоки 1-го порядка, автором принят ноток длиной не менее 10 км с постоянным лечением и не принимающий аналогичные притоков. Реки короче 10 км, в связи с непостоянством их гидрографических и гидрологических характеристик, зависящих от

ежегодных колебаний водности, рассматриваются особо. Кроме того, номер класса (порядка) потока выражается не только целым, но н дробным числом, что позволяет находить более тесные корреляционные связи н их аналитические выражения (Ворошит, 1995).

Методикой исследования предусматривается выполнение следующих этапов работы:

- составление структурно-гидрографической схемы порядков потоков н классов речной системы. При этом, отдельному потоку присваивается порядок, а речной системе - класс;

- для каждого порядка подсчнтывается количество потоков, нх суммарная длина и площадь водосборов потоков;

- для тех же порядков определяются средине значения .длины, площади и линейной площади водосборов потоков и значения нх переходных коэффициентов с увеличением порядка на I едптщу);

- для гндролотческих постов по гидрографической схеме определяется класс речной системы, а также гидрографические элементы: суммарное количество потоков, нх суммарная длина для всей речной системы, а также количество потоков и нх дайна для самых малых потоков (меньше 10 км).

В ев in п с влияющими па нее факторами эта методика в исследовании позволила использован, следующие гидрографические характеристики речной системы:

- число речных потоков какого-либо класса (и;:) и суммарное их количество для речной системы (Di);

- среднюю длину речных потоков отдельных порядков (1сРкм) и суммарную дату потоков всех порядков речной системы (3 км);

- среднюю площадь водосбора потоков отдельных порядков (FcpNicM2);

- среднюю линейную площадь потоков отдельных порядков (FipNyiopN км);

- коэффициенты перехода значении гидрографических элементов систем (числа потоков, средней глины н их средней площади водосбора) or одного класса к другому, на единицу большему (Кг,, Kj, Kf);

- густоту речной сеш (р км/км2).

Наряду с этим, автором впервые был включен в исследование ряд дополнительных характеристик речных систем:

- число потоков длиной менее 10 км (£п,.н>) и число таких же потоков в процентах от суммарного их количества в речной системе (Zii .i», %):

- суммарная лдина потоков менее 10 км (En д<0 vi суммарная длина их в процентах от длины всех потоков речной системы (En до, %);

- густота речной сети, полученная за счет потоков меньше 10 км (рдо км/км2):

- отношение числа потоков длиной меньше 10 км к числу потоков 1-го порядка и речной системе (En< io/Shni);

- частота потоков - общее количество потоков, приходящееся па единицу площади водосбора (ün/fl, 1F);

- средняя водоносность потока какого-либо порядка (Qr/uN) пли потока всей речной сист емы (Qr/En);

- отношение суммарного количества всех потоков, суммарном их длины и площади водосбора к величине среднего годового расхода воды (Zn/Qr, 21/Qr, F/Qr).

Перечисленные показатели не характеризуют влияние на речную сеть климатических и гидрологических факторов, которые выразить количественно пока не представляется возможным. Следует отметать, что отношение El/Qr И.Н.Гарцманом (1968) и Н.И.Лобановой (1975) иазвано гндроморфологическим коэффнцп-ентом.

Сфуктурно-пгдрографнческий подход находит применение в исследованиях для различных целен. Поэтому и схема порядковой классификации речной сети и начальный предел отсчета классов (порядков) рек в соответствии с научно-практическими потребностями исследования могут изменяться.

Глава 2. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ РЕЧНОЙ СЕТИ ЮЖНОГО УРАЛА И ПРИУРАЛЬЯ

Формирование современной речной сети в регионе началось в конце неог ена, когда в связи с дифференцированными поднятиями земной коры, началось формирование основных морфосгруктур, определивших радикальную перестройку прежней речной сети. Последняя оказалась при этом глубоко врезанной в палеозойские и мезо-кайнозойские отложения. Наступившая затем трансгрессия акчагыльского Каслии, вызвала погребение речных доли и под его отложения. После отступления моря в этих отложениях и сформировалась современная речная сеть (Рождественский, Зипяхнна, 1977; Наумов, 1977).

Неоднородность тектонического строения региона, разнообразие гсосфуктур и дитологического состава слагающих пород отра-

зилнсь на формировании морфостр\ктурпых особенностей территории и характере речной сети (ее морфологии, структуре и степени развитости). Сопоставление схем тектонических областей и речной сети региона указывает на наличие, г» общих чертах, соответствия планового расположения и очертания речных систем, особенностям тектонических структур. Из всего комплекса физико-географических факторов определяющим в формировании речной cení является также поверхностный сток (Балков, Воронина, 1995; Воронина, Лемсхова, i995; Воронина, Кутусва, 1995). С учетом влияния отмеченных факторов для территории региона проведено гидрографическое районирование. По характеру рисунка речной cení и определяющим его факторам на территории региона выделено три гидрографические области (Южное Предуралье, Южный Урал п Южное Зауралье), которые разделены па 13 гидрографических районов (Гарсев. Воронина, 1995; i 996). Дана краткая характеристика районов. Это районирование использовано в главе 4 в качестве основы для установления районных связей характеристик ст ока с гидрографическими показателями речных систем.

Глава 3. СТРУКТУРНО-ГИДРОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЧНОЙ СЕТИ ЮЖНОГО УРАЛА И ПРИУРАЛЬЯ

Речная сеть есть резу;гьтат сложного естественно-исторического процесса формирования рельефа суши. Она отражает особенности физико-географической среды, в которой сформировалась, п в свою очередь оказывает существенное влияние на ее развитие. Это взаимное влияние отражено в особенностях структуры речной сети, различающейся в зависимости от физико-географических условий территории.

Под структу рой речной сети автор понимает ее пространственно-временную организацию (упорядоченность), основанную на динамической системе внутренних связен между составными частями (способы их соединения). Структура речной сети обладает вполне определенными закономерностями. В ее основе лежит слияние двух потоков, создающих новый речной поток, который обладает новым комплексом характеристик: гидрографических, гидрологических, морфологических и русловых (Ржанпцып, 1986).

Гидрографические особенности рек и их бассейнов, наряду с климатическими п другими геолого-гео1рафнческнмп условиями, являются одним из важных факторов гидрологического режима рек. Однако характеристике и учету этих условий при гндрологнче-

ском анализе и расчетах в научной литературе не уделяется должного внимания.

В данной главе приводятся результат анализа струкгурно-)пдрофафпч-екпх особенностей речных систем, их изменчивости на территории Южного Урала и Приуралья в связи с гсолого-географическнми факторами. Эти результаты сводятся к следующему".

Ч(1сло1и>1^к()р в речных системах является важной I идеографической характеристикой, отражающей степень расчленешюсти территории речных водосборов. Между числом потоков определенного класса пы и комплексной структурно-гидрографической характеристикой речной системы N существует общая для всего региона закономерная обратная связь пм-ЦЫ). Вместе с тем, эта связь, вследствие неодщиделюй увлажнещюсти отдельных частей региона, носит локальный характер,

Расчлененность территории речных водосборов может быть охарактеризована показателем расчлененности пдп жгодишо: ков. Таким показателем может служить общее количество потоков Ги, приходящихся на площадь, равную ¡0 км2, занятой речтКй} системой, а также количество потоков длиной менее 10 км в долях от общего количества потоков в речной системе (£иио,%). По показателю частоты потоков исследуемый регион разделен на две част.

Важным элементом речной системы являются се по токи длиной менее 10 км. Доля числа таких потоков в общем количестве всех потоков речной системы зависит от увлажненности водосборов п литологии слагающих их пород. Так, в условиях гориого Южногй Урала количество таких Потоков составляет 80.-90% всех водотоков, а в Прнура.тьс снижается до 40° о.

Влияние местных факт оров (увлажненности, ли тологии пород и др.) на количество мельчайших потоков,Наглядно обнаруживается при анализе отношения числа потоков ДДннон меньше 10 км к количеству потоков 1 -го порядка в речной системе.

Дшта речных потоков изменяется в зависимости не только от их порядка (класса), но и от степени увлажненности водосборов, пели чины поверхностного стока и ли юлогпп пород, слагающих водосборы. Так, речная сеп, Тобола отличается от сети Белой и Сакмары бедностью потоками, особенно длиной менее 10 км. Поэтому длина потоков каждою порядка в системе Тобола больше, чем в системах Белой и Сакмары. Это же характерно для закарсто-вашплх водосборов, где средняя длина потоков 1-4 порядков увеличивается на 25-50%.

Важной гидрографической характеристикой является суммарная длина самых малых потоков - длиной меньше 10 км (5Хю,%).

Наибольшая доля таких рек (60°'о и больше) характерна для горных районов Южного Урала, а наименьшая - для Зауралья и карстовых р а и о и ов П реду р а л ь я.

"Значения такой важной гпдрсчрафпческои характеристики, как площадь водосбора, закономерно возрастают с увеличением длины потока, его порядка и снижением увлажненности водосбора. Чем меньше увлажненность, тем большая требуется площадь для образования речной системы того же класса. Увеличение площади водосборов при одном и том же классе реки происходи т в направлении 01 лесной зоны к лесостепной и степной. В условиях развития карста значения площади водосбора .могут увеличиваться до двух раз.

Сущее гвеппуто гидрографическую характеристику представляет линейная площадь водосбора потока, значения которой определяются отношением средней площади водосбора потока определенного порядка к средней длине потока того же порядка (РфКЛсрЫ). В горных условиях, в связи с узостью и вытянутостыо водосборов, значения линейной площади уменьшаются в два раза н более.

Знамения показателей густоты речной ссчт» (ГРС) зависят прежде всего от величины ионсрхносшого стока, лит ологии пород,, карста и др. (Балков, Воронина, 1995). Зависимость значешш ГРС (р км/км2) от среднего годового модуля поверхностного стока (цпов) для всего региона неоднозначна. На иен выделились семь ветвей, по особеннос тям этой зависимости выделены семь районов, характеризующихся существенными различиями в литологии пород, их сопротивляемости размыву, уклонам склонов и др. В структуре показателя ГРС превалирующая роль принадлежит потокам дшмон мепт.ше 10 км. В горной части такие потоки составляют 60-70% общей ГРС; в Зауралье, а также иод влиянием карста в Предуралье доля их атжается до 10% н менее.

Все отмеченные .характеристики речных систем находятся в тесной связи с порядком (классом) речной системы. Поэтому последний может бьпь принят в качестве комплексной гидрографической характеристики речной системы. К т аким характеристикам можно отнести суммарную длину всех потоков (ГО- а также площадь водосбора речной системы (П. Из этих характеристик наименее информативной является площадь водосбора. Она отражает лтппь геометрический размер плотнадп, глу бину эрозионного вреза русла реки и степень синхронности выпадения осадков и ннтенсивностн снеготаяния па водосборе, тогда как характеристики N и 21 отражают все функции площади водосбора, а также речной сети п ее структуры.

Важную индикационную информацию несут такие гндролого-гидрографнчеекпе характеристики, как 1>/С), У1/0, и Г70,, которые

отражают влияние прочих физико-географических условий па речную сел. н могут служить нидикаторами неоднородности характера рельефа, уклонов склонов, литологии пород.

Глава 4. ВОЗМОЖНОСТЬ РАСЧЕТОВ СТОКА НЕИЗУЧЕННЫХ РЕК ПО ДАННЫМ ИХ СТРУКТУР! Ю-ГИДРОГРАФИ Ч ЕСКНХ ХАРАКТЕРИСТИК

Как было уже отмечено выше, определяющим фактором современных гидрографических особенностей речных систем решена является водный сток. Также имеют значение характер морфост-руктур, ллтологпческнн состав пород и почвешю-растшельиын покров. Водный сток, в основном, определяет гидрографические элементы речных систем: количество потоков (Хн). суммарпую дату всех потоков речной системы (ХЬбЩ„км), величину кохтлекс-иого гидрографического показателя речной системы (Ы), а также коэффициент густоты речной сети (р км/км2). В свою очередь отмеченные гидрографические элементы оказывают обрат ное воздействие на речи011 сток. Это обстоятельство позволяет использовать индикационные свойства речных систем, их элементов при подборе бассейнов-аналогов для оценки характеристик речного стока.

В связи с этим при расчетах стока подбор водосборов баесеи-пов-аиалогов целесообразно производить с учетом не только общих прнродш.ьх условий районов, как это рекомендуется в Пособии (1984), по и устанавливать присущие каждому району связи характеристик стока с I пдрографичеекпмн элементами рек-аналогов (классох! речной системы, суммарной длиной всех потоков, площадью водосборов), учитывая при этом влияние природных факторов (литологии слагающих пород, закарстованиости задесепностн, озерностн, заболоченности), а также водохозяйственное использование рек.

Для установления т аких связей было использовано гидрографическое районирование региона (гл.2). Таким образом, для каждого района были установлены связи среднею многолетнего годового расхода поды, среднего I одово] о расхода обеспеченностью 75% п 95%, среднего максимального расхода весеннего половодья и максимального расхода обеспеченностью 1%, среднего минимального лстне-оссипего 30-диевиого, мшшмального среднемесячного зимнего расхода воды с номером класса речной системы. Связь показателя среднего годового стока речных систем с пх классом показана па рис.1. Теснота корреляционных связен (пх более 30) характеризуст-

ся коэффициентом корреляции г.,Л, значения которого в подавляющем числе случаев находятся в пределах 0,90-0,199.

10ОО 800 600

,М3/С

400 200

100 30 60

40 20

018 0.6

0.4

о.г 01

г~

У

( / Г

А 1/

Л

V

/

Тг у у

7 / (д} /-

Л . н

/ / н / / // 7/1® д

? ГЖБ И А с i — £ ^ Т ^ ^ ^ ^ ^ | 111111111 __ ф Со-} 51 со

/ / 4 >

: / г

/

I

9 10 11 ^

Рис. I. Связь среднего многолетнего годового расхода в оды (0<, м-7с) с классом речной системы (ГЧ).

Результаты указанных расчетов по одному из районов приведены в табл 1

) 1ро!!ср!са посредством расчетов полученных уравнений показала, что средине квадрат ические относительные отклонения рассчитанных значешв! характеристик стока от измеренных не превышают для годовою стока ±15°о, а для максимального и минимального стоков - +25/0.

Эти результаты позволяют рекомендова н, полученные связи и уравнения для расчета гидрологических характеристик неизученных малых рек непосредственно, а также для подбора бассейнов рек-аналогов и в необходимых случаях при отсутствии материалов наблюдений. Наряду с этим, охш могут быль использованы для приближенной оценки влияния местных факторов, обусловливающих существенные отклонения измеренных значении стока от районных линий регрессии.

Таким нугем было определено регулирующее влияние на сезонный сток р.Уфы цепи прудов и водохранилищ, а также карста. Установлено также, что под влиянием водохранилищ на реках В.'Ганы и (д.Алтаево) и Тгон (д.Гумбшю) максимальный расход весеннего половодья снижается иа 27-32° о, а сток межени увеличивается на 20-36%. Аналогичная картина наблюдается в системах рек Тобола и Урала. Регулирующее влияние озер в системе р.Исетп четко отражается па стоке рек Синары и Течи, начинающихся иэ озер. За счет снижения р,„„х летне-осенний расход увеличивается па них соответственно иа 38% и 26%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования представлено научное обоснование структурно-гидрографического подхода к гидрологическому анализу речных систем и расчетам стока. Разработана методика структурно-П1дро1рафического п гидрологического анализа этих систем; выявлены комплексные гидрографические характеристики как класс речной системы, суммарная длина всех рек н площадь водосбора; установлены районные связи этих характеристик с характернсгиками речного стока, позволяющие более объективно решать задачу подбора бассейнов рек-аналогов и расчета стока при отсутсттЕНН данных гидрометрических измерении.

По итогам исследований могут быть сформулированы следующие конкретные выводы.

Таблица I

Расчетные \равнения ретресснн связи ларактерпсшк стока с классом рек для Цеитрально-Уральского подия шя (район 1)

Харакгернешкн речного стока Кол-во пункт ов наблюдении Коэффициент корреляции Уравнение регрессии Ошибка уравнения, % Ср.огклон. величины расч. ог факт., %

Средний многолетний ГОДОВ 011 - 0 18 0,98+0,01 1а(> - 0132\-0.46 - 8.3 6.9

Средний многолетний максимальный расход весящего половодья - 0:г„к 16 0.92x0.03 ¡¿О 0,24К-1.22 8.0 19.2

Средний мнеголе г-шш мишшальны 30-дневнын летне-осенний расход - Омш:.л-с 16 0,99+0,01 1йО,::.,: = 0,36К-1.18 6,9 14,4

Средний многолетний минимальный месячный зимний расход - О..,:;. 16 0.9920.01 1й0м1ш.3 = 0.32М-1.17 4.5 4.2

]. В основу методики исследовании структурно-гидрографнческнх и гидрологических характеристик речных систем положено представление о „дихотомической схеме сонодчннен-посп: притоков. В результате слияния двух однопорядковых потоков образуется новый поток с новым комплексом гидрографических, гидрологических н русловых характеристик, взаимосвязанных между собой. Гидрографические характеристики речной сети, являясь конечным звеном в процессе взаимодействия водного стока с природной средой, обладают индикационными свойствами, позволяющими использовать их в целях определения стока неизученных рек.

2. В результате анализа речных систем выявлены общие особенности их территориальной изменчивости в регионе в связи с геоло-го-гсографнческнми факторами. Установлены связи отдельных гидрографических характеристик с пх комплексными показателями (классом речной системы, суммарной длиной всех ее потоков, а также нлощадыо водосбора), которые носят четко выраженный региональный п локальный характер, обусловленный различиями и степени увлажненности, рельефе и водопроницаемости почво-гру i ггов в одос б ор ов.

3. Автором впервые выявлены и рекомендуются к использованию в анализе бассейнов рек новые гидрографические характеристики, которые дополняют и расширяют возможности структурно-гидрографического подхода. Они могут быть использованы как индикаторы физико-географических условий:

- частота потоков, число потоков, приходящееся па 10 км2 площади водосбора речной системы;

- показатель средней водоносности потока речной системы:

- характеристики самых малых потоков длиной менее 10 км: Su .¡о и Vn-ю, %, XI-ю и Е1<)о/Е»мь

- отношение Т.н -ц/Уп-.ц;

- гу стота речной сети за счет самых малых потоков.

Перечисленные характеристики во многом определяются увлажненностью п другими геодого-географическимн условиями водосборов.

Кроме того впервые выявлены такие гидрографические характеристики, как

- количество отдельных гидрографических элементов (£п, 21 и F), приходящихся на единицу расхода воды речной системы;

- зависимость густоты речной сети от модуля поверхностного стока и литологии пород, слагающих водосборы.

Совместный анализ этих характеристик позволяет утверждать, что в горной части Южного Урала на единицу стока приходится

меньше суммарного количества потоков, их длины н площади водосборов, чем на Приуральских равнинах. Эго обусловлено повышенной плотностью пород, их сопротивляемостью эрозии, высокой залесенностыо водосборов и др.

4. Распределение на территории региона значений большей части перечисленных гидрографических показателей подчиняется общей физико-географической закономерности н соответствует изменению высот, экспозиции склонов гор, атмосферных осадков и стока. Поэтому отмеченные гидрографические характеристики могут быть использованы как индикаторы физико-географических условии водосборов рек.

5. Выловленные гидрографические характеристики (сутцествовавншс и предложенные автором) могут быть использованы при подборе бассейнов рек-аналогов для целен гндролошче-ского анализа п расчетов. С эгон целыо установлены тесные территориальные (районные) зависимости основных гидрографических характеристшч речных систем от основного фактора их формирования - речного стока. Они позволяют по значениям класса речной системы, суммарной длине всех ее потоков с помощью уравнений регрессии определять неизвестные значения речного стока.

Впервые для малых рек Южиоуральского региона показана возможность расчета по районным связям значении различных характеристик стока при отсутствии материалов гидрометрических измерений. Для удобства и упрощения расчетов по уравнениям рехрссснн составлена расчетная таблица обобщенных значении характеристик стока по классам потоков для каждого гидрологического района.

6. Показана возможность оценки роли местных факторов (увлажненности, озериостн, литологии породи др.) в расчетах гидрологических характеристик речных бассейнов.

Таким образом, в результате диссертационного исследования при помощи структурно-гидрографтеского анализа речной сети и водного стока выявлены основные факторы генезиса речной сети, установлены территориальные взаимосвязи основных ее элементов и речного стока, позволяющие методом геофафо-гпдрологп ческой аналогии рассчитывать характеристики стока неизученных рек.

Структурно-гидрографический подход к гидрологическому анализу и расчетам, по нашему мнению, является перспективным. На его основе возможны анализ и разработка методов расчетов других гидрологических характеристик районов с учетом особенностей развития речной сети, а также оценка влияния на их величину местных нрпродоых и антропогенных факторов. По результатам исследования будут подготовлены практические рекомендации для

17

расчетов стока неизученных рек, которые в задачу данной работы не (¡ходя /.

Основное содержаще диссертации изложено в следующих работах:

1. Балков В.А.,Воронина 1 .В. Структурпо-гидро) рафпчеекпй принцип анализа речной сети и эффективности водоохранных мероприятий в речном бассейне // Бассейновый принцип в оптимизации водопользования и водоохранных мероприятии: Тез. докл. па-учпо-нракт. копф. Уфа, 1994.-С.19.

2. Воронина Т.В. Использование гидрографических характеристик рек и их водосборов для обоснования водоохранных мероприятии //Бассейновый принт m в оптимизации природопользования и водоохранных мероприятий: Тез. докл. научпо-нракт. копф. Уфа, 1994. - С.24.

3. Воронина Т.В., Кутуева Г.А. Факторы формировать речной сегн в бассейне р.Урал (до г.Оренбурга) // Проблемы ¡ coiрафшг охраны природы и природопользования: Тез. докл. пауч. копф. студентов. Уфа, 1995. - С.32-33.

4. Гареев А.М., Воронина Т.В. Региональные особенности н липы современной речной сегн Южного Урала н Прпуралья // Проблемы гео1рафип, охраны природы и природопользования: Тез. докл. пауч. копф. студентов. Уфа, 1995. - С.31-32.

5. Ворошша Г.В., Лемехова О.Н. Роль увлазкнснностн террпгорни в развитии речной сети на Южном Урале// Проблемы географии, охраны природы н природопользования: Тез. докл. науч. конф. студентов. Уфа, 1995. - С.30.

6. Балков В.А., Ворошша Т.В. Густота речной сели, факторы се развития п значение для рационального природопользования // Проблемы охраны окружающей среды на Урале // Мсжвуз. сб. науч. трудов. Уфа: Башгоспедннстнгут, 1995. - С.23-33.

7. Ворошша Т.В. Структурный анализ речной сет для расчетов стока неизученных малых рек И Регион п география: Тез. докл. международ. науч.-практ. конф. Пермь, 1995. - C.2I.

8. Балков В.А., Воронина Т.В. Счруклурно-гпдрографнчсекнй подход к анализу речных систем п расчетам стока малых рек // Геоэкология в Урало-Каспийском регионе: Тез. докл. междхпарод. науч.-практ. копф. Уфа, 1996. - С.68-69.

9. Гарсев А.М., Воронина Т.В. Региональные особенности и типы современной речной сет Южного Урала и Прпуралья // Эрозн-oinibie нрусловые процессы // Мсжеуз. сб. науч. трудов. Москва: МГУ, 1996.-С.103-112.

10. Бажов В.А., Ворошша Т.В. Инженерно-гидрологические расчеты: Учебное пособие. Уфа, 1996. - 75 с.