Разработка методики расчета и прогноза дождевых паводков Западного Закавказья

ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ.......................................................5
КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ О ПАВОДКАХ .................. 8
1.1. Региональная обусловленность формирования паводков................................................II
РЕГИОНАЛЬНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СКЛОНОВГО ПРИТОКА И СПОСОБЫ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ........................................22
2.1. Процесс инфильтрации .......................... ........ 26
2.1.1. Поверхностное впитывание ....................... .26
2.1.2. Потери спада .................................... 32
2.2. Поверхностное задержание ................................ 34
2.3.' Элементы потерь на горных склонах........................35
2.3.1. Об инфильтрации воды в относительном водоупоре горных склонов............................... 36
2.4. Почвенное задержание .................................... 38
2.5. Модель суммарных потерь дождевых паводков на горных склонах....................................... .39
ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПАВ0Д0ЧН0Г0 СТОКА РЕК ЗАПАДНОГО ЗАКАВКАЗЬЯ.................42
3.1. Основные черты рельефа и геологического
строения ............................................... 43
3.2. Карст.....................................................45
3.3. Климат. ............................................... 47
3.3.1. Температура воздуха...............................47
3.3.2. Атмосферные осадки .................... ...... 48
3.3.3. Снежный покров .................................. 52
3.4. Почвенный покров....................................... . 52
- 3 -
3.5. Растительный покров .................................58
3.6. Характеристика гидрографической сети ......... 61
3.7. Гидрологический режим.................................62
4. ОБОСНОВАНИЕ БАЛАНСОВЫХ МОДЕЛЕЙ ПАВ0Д0ЧН0Г0 СТОКА
РЕК ЗАПАДНОГО ЗАКАВКАЗЬЯ....................................66
4.1. Модель потерь паводочного стока равнинной территории ...................................................67
4.2. Модель потерь паводочного стока горной территории......................................... 71
4.3. Обобщенная модель потерь паводочного стока ... 74
4.4. Обоснование картирования параметров потерь паводочного стока..........................................76
4.5. Приближенная оценка параметров потерь паводочного стока ........................................ 80
4.6. Модель потерь паводочного стока по данным
о суточных осадках....................................82
5. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТЕРЬ И ИХ ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОБОБЩЕНИЕ................................................ 86
5.1. Определение слоя паводочного стока....................86
5.2. Определение слоя стокообразущих осадков...............87
5.3. Приближенная оценка параметра фильтрации ..........87
5.4. Реализация модели общих потерь паводочного стока .88
5.4.1. Идентификация параметров общих потерь
стока..................................90
5.4.2. Картирование параметров общих потерь стока.96
5.5. Практические рекомендации ...........................119
6. МЕТОДИКА ПРВДВЫЧИСЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ...........122
6.1. Построение гидрографа паводка в условиях
Западного Закавказья ............................... 122
- 25 -
площади склона затопленной дождевыми водами. Величина определяется количеством предшествующих данному моменту осадков, параметрами кривой распределения глубин проницаемого слоя на склоне [19, 21]. Как отмечено в [21] высокие паводки в горах обычно имеют характер или контактно-ливневых или контактно-подпёртых, Первые присущи малопроницаемым почвам, вторые - склонам с малой мощностью рыхлых отложений.
Подвешенный сток возникает на открытых горных склонах, мак-ропоры которых почти всегда более или менее заилены. На лесистых склонах подвешенный поверхностный сток образуется лишь от очень сильных ливней, преимущественно на очень небольших площадях лесов, трансформированных хозяйственной деятельностью. В лесах поверхностный сток может возникнуть только в виде подпёртого, т.е. в местах с малой мощностью рыхлых отложений. Контактный же сток имеет широкое развитие в лесах и значительно ослаблен в поле, где он питается притоком через редкие вертикальные макропоры. Приближенно в работах [19, 29, 30] принято, что подвешенный сток образуется только на площади I , где ^ - относительная лесистость. Во всех случаях контактный и подвешенный поверхностный сток развиваются независимо друг от друга, будучи связаны только косвенно через стокообразующие осадки. Модели контактно-подвешенных паводков подробно рассмотрены в работах [29, 30].
Слой контактно-подвешенных паводков горных рек рассчитывается по ( 2.2 ) и ( 2.6 ), а для контактно-подпёртого - по ( 2.6 ) и ( 2.7 ).
Для контактно-подпёртых паводков равнин в [21] предложена математическая модель слоя стока, имеющая вид
у’X■ <г-8>
- 26 -
Итак, балансовые модели имеет составной характер, включая в себя в качестве слагаемых осадки и различные виды потерь и стока. Каждое из слагаемых общей составной модели выражается соответствующей частной моделью. Поскольку осадки, как измеренные по ряду пунктов водосбора или выраженные статистическими пространственно-временными моделями, известны, а элементы стока подлежат определению, необходимо рассмотреть только частные модели потерь-поверхностной инфильтрации,говерхностного и почвенного задержания и др.
2.1. Процесс инфильтрации
Процесс инфильтрации в течение десятилетий подвергался теоретической разработке и экспериментальному изучению.
2.1.1. Поверхностное впитывание
Поверхностное впитывание дождевых вод на естественных склонах является сложным процессом, включая в себя движение гравитационной, капилярной, плёночной и парообразной воды в почве. Этот процесс зависит от механического состава среды определяющего фильтрационную способность и от характера поступления дождевой воды.
Многие исследования были посвящены разработке гидравлической теории инфильтрации как потенциального движения в поровом пространстве под воздействием сил тяжести и капилярного напора [2, 23, 28, 29, 33 и др.] . При этом поровое пространство подвергалось различным схематизациям.
Считая режим инфильтрации воды в почву ламинарным и пренебрегая малыми составляющими напора, выражают, по закону Дарси, интенсивность впитывания воды в почву в момент Ь так [46]: