Суточный режим стока горно-ледниковых рек Алтая

Внутригодовое распределение стока может быть представлено не только в виде хронологического хода расходов по месяцам или сезонам, но также в виде кривых продолжительности суточных расходов, выражающих продолжительность стояния расходов, равных или превышающих данный.

Такое представление внутригодового хода стока в виде кривых продолжительности суточных расходов независимо от их хронологического хода особенно важно для учета энергетических ресурсов рек, так как выработка энергии имеет, по существу, интегральный характер и зависит не столько от хронологической последовательности расходов, сколько от продолжительности стояния расходов, равных или превышающих данный. Поэтому кривыми продолжительности суточных расходов издавна интересуются не только гидрологи, но и энергетики.

Кривые продолжительности суточных расходов, которые можно назвать кривыми обеспеченности фазово-разнородных расходов, отражают интегральное распределение расходов внутри года, в то время как кривые обеспеченности средних годовых, максимальных, минимальных или других фазово-однородных расходов отражают распределение этих расходов в многолетней перспективе.

Другой особенностью кривых продолжительности суточных расходов является то, что в них твердо установлены концы кривой, т.е. известны (за данный год или средний по распределению год) абсолютный максимум и абсолютный минимум. Задачей построения кривой продолжительности суточных расходов является определение расходов различной продолжительности стояния по интерполяции между этими пределами.

Основной же задачей построения кривых обеспеченности средних годовых, максимальных или минимальных расходов является их экстраполяция для определения экстремных расходов. В этом состоит существенное различие этих двух видов кривых обеспеченности.

Для графического (выражения интегрального распределения расходов в году могут служить два вида кривых продолжительности:

1) обобщенная, или абсолютная, кривая продолжительности суточных расходов,

2) средняя кривая.

Первая кривая может быть построена путем расположения всех 365 n расходов (где n – число лет) в убывающем порядке от абсолютного максимума до абсолютного минимума и определения средней продолжительности стояния каждого расхода.

По мнению Д. И. Кочерина, кривая, названная им абсолютной, является истинной средней кривой, отражающей «истинное среднее внутригодовое распределение расходов в средний по распределению год» и дающей полный охват всей амплитуды расходов от абсолютного максимума до абсолютного минимума [15].

Преимуществом этого типа кривой Кочерин также считал то обстоятельство, что «определяемые по этой кривой характерные расходы обладают вполне определенной обеспеченностью за весь данный период».

Средняя кривая продолжительности может быть построена на основании годичных таблиц или графиков продолжительности суточных расходов за каждый год путем осреднения ординат одинаковой продолжительности за все годы.

Наиболее удобно вычислять средние ординаты кривой продолжительности на основании «Материалов по режиму рек» или порайонных монографий «Ресурсы поверхностных вод СССР», в которых приводятся характерные расходы (максимальный, 30-дневный, или 8,3%-ной обеспеченности, 90-дневный, или 25%-ной обеспеченности, 180-дневный, или 50%-ной обеспеченности, 270-дневный, или 75%-ной обеспеченности, и минимальный) за каждый год.

Таким образом, различие методов построения двух рассмотренных систем кривых продолжительности состоит в том, что абсолютная или обобщенная кривая является результатом осреднения ежегодных частот, или продолжительностей, а средняя кривая – результатом осреднения ежегодных расходов заданной обеспеченности.

Резко выраженный внутрисуточный ход составляющих теплового баланса и метеоэлементов в ГЛБ определяют внутрисуточные колебания уровней и стока. Выделяются три типа внутрисуточного хода уровней:

1-й тип характеризуется четким максимумом и минимумом в периоды с ясной и теплой погодой, когда происходит радиационное таяние снега и льда. Основная роль в формировании суточного паводка принадлежит талым водам. Время прохождения паводка определяется скоростью просачивания талых вод через снежно-фирновую толщу и добегания по руслу. Максимум уровня наблюдается в 15 – 17 часов, минимум – в 7 – 9. Интенсивность подъема уровня достигает 1,5 – 2,0 см/ч, интенсивность спада 0,3 – 0,5 см/ч.

2-й тип суточного хода уровня характерен для периодов с адвективным таянием и характеризуется слабой выраженностью. Формирование суточной волны стока определяется таянием и слабоинтенсивными осадками. Экстремальные величины уровня во времени аналогичны первому типу. Интенсивность подъема достигает 0,75 – 1,0 см/ч, спада 0,3 – 0,5 см/ч.

3-й тип мало зависит от хода таяния в бассейне. Максимальные величины уровней могут наблюдаться в любое время суток и зависят от начала выпадения осадков, их интенсивности и времени добегания до створа. Подъем идет гораздо с большей скоростью – до 10 – 32 см/ч, спад также интенсивен – 3 – 5 см/ч. Обычно интенсивный подъем уровня длится 20 – 40 мин, а продолжительность спада в 2 – 3 раза больше. Так же, как и внутрисуточный режим уровней, ход стока подчинен условиям прихода и поглощения энергии, поступающей к тающему снегу и льду в совокупности с выпадающими осадками.

Условия теплоприхода и теплопоглощения формируют общий фон хода стока рек высокогорья, на котором резкими пилообразными пиками выделяются паводки солярного и смешанного происхождения: 1-й тип формируется за счет увеличения теплоприхода и теплопоглощения тающими снегом и льдом; 2-й тип, смешанного происхождения, формируется с активным участием осадков. Как правило, с началом выпадения последних происходит снижение уровня температур воздуха. Паводки второго типа наиболее опасны для любых гидросооружений. Так, например, выпавшие осадки во второй декаде июня 1959 г. (ст. Аккем – 86,1 мм, Мульта 1 – 112,7 мм) сформировали максимальный пик половодья в бассейнах за все годы наблюдений. Расходы воды достигли в Аккеме 24,9 м3/с, в Мульте – п. Валдай 3,02 м3/с. Для сравнения укажем, что величины среднесуточных расходов за VI – VIII того же года составили всего лишь 9,9 и 1,03 соответственно.

Значительное влияние на сток рек оказывают летние снегопады, уменьшающие теплопоглощение снегом и льдом. Как правило, вслед за снегопадом наступает похолодание и резкое понижение стока, продолжающееся до восстановления прежнего режима таяния. Однако такое существенное изменение стока наблюдается после снегопадов, образующих временные снежные покровы на большей части водосборного бассейна. В случае выпадения снега и образования временных снежных покровов только в верхней части бассейна ледники продолжают «работать». Происходит лишь некоторое падение общего фона стока, на котором могут сформироваться паводки второго типа. Например, в 1972 г. в бассейне р. Томичка серия снегопада задержала таяние ледников с 1.VII по 20 VII. Выпавшие ливневые осадки 15 – 18.VII сформировали паводок со среднесуточным расходом в 0,51 – 1,24 м3/с.

Большая доля ледниковых вод в стоке рек высокогорья определяет их низкий термический режим. Так, наибольшие температуры воды в створе ГМС Аккем поднимаются только до 7,2° Средние месячные температуры воды за июнь – сентябрь колеблются в пределах 4,2 – 5,1°, что значительно ниже температуры воздуха. Переход температуры воды через 0,2° наблюдается весной 15 мая, осенью 19 сентября. Наблюдения в летние сезоны показали следующее распределение температур: у конца ледников они не превышают 0,2 – 0,4°, ниже по течению в 1,5 – 2,0 км от ледника увеличиваются до 1,0 – 1,3°, а в 4 – 5 км до 2 – 2,4°.

Ледостав на реках высокогорья образуется во второй половине сентября и длится от 140 до 225 дней (средняя, по данным ГМС Аккем – 185). За время ледостава толщина ледового покрова на реках достигает 50 – 80 см. Разрушение льда весной происходит в результате таяния его на месте и заканчивается к 5 – 10 июня.

Таким образом, оценка доли талых ледниковых вод в общем стоке рек Алтая представляет определенный интерес, ибо их поступление имеет наиболее благоприятное внутригодовое распределение. Это можно проиллюстрировать данными Б. В. Фащевского [8] (см. табл. 1).

Таблица 1 - Гидрографические характеристики и ледниковый сток некоторых рек Алтая [26]

Река Пункт Площадь водосбора, км2 Норма стока, л/с км2 Средняя высота водосбора, м Площадь оледенения, % Доля ледникового питания, %
Катунь Сростки 58400 10,5 1750 1,1 8
Чаган Кызыл-Мааны 385 17,0 2760 18,9 39
Акалаха Бертек 619 15,5 2760 5,4 28
Актру Актру 33 23,0 3000 44,1 60
Чуя Б. Бом 10600 4,0 2550 2,4 18
Аргут Аргут 7000 13,0 2400 2,2 16
Аккем Аккем 72 29,0 3000 18,1 43
Кочурла Кочурла 635 19,0 2320 7,2 27
Кураган Бедняк 617 19,5 2210 4,1 23
Катунь М. Яломан 36700 14,0 2200 1,8 13
Катунь Белуха 65 32,0 3100 25,1 49

Из этих данных можно видеть, что доля ледниковых вод увеличивается по мере увеличения относительной доли оледенения в бассейне. В связи с общим повышением границы оледенения к юго-востоку Алтая, обусловленным главным образом возрастанием сухости климата, доля ледниковых вод становится более значительной.