Раздел 2
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ В
ОБЛАСТИ РАСЧЕТА МАКСИМАЛЬНОГО СТОКА ВЕСЕННЕГО
ПОЛОВОДЬЯ РЕК УКРАИНЫ
В области расчета максимального стока предложено очень большое число формул.
Д.Л. Соколовский [2] подразделяет их на две группы. К первой он относит
редукционные формулы, а ко второй – объемные. В более поздних работах Е.Д.
Гопченко [3] классифицирует все расчетные методы на те, которые выводятся
непосредственно из схематизации склонового и руслового гидрографов (или только
руслового) и те, что опираются на модель русловых изохрон.
К первой группе он относит:
редукционные формулы и
объемные формулы.
Ко второй группе отнесены:
формулы предельной интенсивности и
основанные на трансформации склонового гидрографа при движении паводочных волн
по руслам рек.
В настоящей главе будет сделан аналитический анализ тех формул, которые
получили широкую известность в Украине.
2.1. Редукционные формулы
Формулы редукционного типа получили широкое распространение в мировой
гидрологической практике и, как показано в работах Д.Л. Соколовского [2] и Е.Д.
Гопченко [3], в своей основе опираются на модель одномодального паводка.
Согласно первым исследованиям Д.И. Кочерина [2], их структура, полученная в
результате обобщения обширного эмпирического материала, имеет вид:
, (2.1)
где - максимальный модуль стока при прохождении паводков или половодий;
- максимальный модуль склонового притока;
- площадь водосбора.
Впоследствии К.П. Воскресенский [4] и А.А. Соколов [5] показали, что модуль
склонового притока во многом определяется слоем стока за половодье , т.е.
, (2.2)
где - параметр, получивший название коэффициента “дружности” половодья.
Тогда (2.1) перепишется в виде
, (2.3)
Именно в такой редакции редукционная структура (2.3) вошла в нормативные
документы СССР по расчетам максимального стока весеннего половодья неизученных
рек. Правда, для учета замедления редукции отношения в области малых площадей в
знаменатель (2.3) вводится добавка в виде некоторого параметра , численное
значение которого зависит от географического положения объектов (в тундровой,
лесотундровой и лесной зонах , в лесостепной и степной – 2,0, а зоне засушливых
степей – 10,0). К сожалению, такая модификация (2.3) привела к потере
физического смысла параметра , который, как отмечалось выше, соответствует
модулю склонового притока. При этом он является верхним пределом для , так как
при , а их отношение равно 1,0. Другими словами, коэффициент редукции от своего
верхнего предельного значения, равного 1,0, убывает в соответствии с
интегральным показателем трансформации . Если же иметь в виду структуру
, (2.4)
то при коэффициент общей редукции будет равен
, (2.5)
что противоречит природе рассматриваемого явления.
Другой недостаток редукционных формул вида (2.3) или (2.4) заключается в
содержании параметра . В работах Е.Д. Гопченко [3, 6] доказано, что
представляет собой комплексный показатель
, (2.6)
где - коэффициент неравномерности склонового гидрографа, описываемого
уравнением
; (2.7)
- продолжительность склонового притока.
Подставив (2.6) в (2.2), получим уравнение, в котором увязываются между собой
его элементы: форма паводка (через ), его объем (через ), максимальная ордината
(через ) и продолжительность склонового притока (через ). Легко также видеть,
что по своей сути характеризует главным образом степень трансформации
склонового стока, а, следовательно, есть коэффициент склоновой трансформации
(вместо не совсем определенного физически коэффициента “дружности”). В первом
послевоенном издании нормативного документа СН 435-72 параметр был задан по
отдельным географическим зонам и с учетом трех категорий рельефа. При
подготовке СНиП 2.01.14-83 от такого методического подхода его составители в
принципе отказались и рекомендовали использовать метод гидрологической
аналогии.
Применительно к он состоит в том, что по реке-аналогу путем статистической
обработки определяются максимальный модуль и слой стока заданной вероятности
превышения, а также при порайонно нормированных значениях и, обратным расчетом
из (2.4) находится . Затем оно переносится на соседний водосбор, а расчетной
обеспеченности устанавливается на основе имеющихся карт слоя стока весеннего
половодья.
Оба методических варианта определения (СН и СНиП) предполагают, что этот
коэффициент (а значит и ) сохраняет постоянство, но в одном случае в пределах
географических зон, а в другом – на соседних водосборах. В большей мере
подобная трактовка , как величины мало изменяющейся по территории, относится к
дождевым паводкам. Но парадокс состоит в том, что структуры (2.3) или (2.4) в
такой редакции применительно к максимальному стоку дождевых паводков
распространения не получили. По многочисленным исследованиям [7, 8 ,9]
установлено, что для периода весеннего половодья зависит от географического
положения объектов, а также степени залесенности, заболоченности и
закарстованности поверхности речных водосборов.
Из этого следует, что при построении формул для расчета максимального стока
весеннего половодья, параметр должен определятся согласно (2.6), в котором
приведенное к нулевой залесенности, заболоченности и отсутствии карста ,
представляется в виде карты изолиний.
Третий существенный недостаток редукционных формул заключен в процедурах,
связанных с упрощением базовых структур до уровней (2.1) и (2.3). В частности,
в результате рассмотрения геометрической модели одномодального паводка в [3]
предложено уравнение
,
- Київ+380960830922