Максимальный сток дождевых паводков и весенних половодий. Факторы весеннего половодья

Среди характеристик гидрологического режима рек максимальному стоку принадлежит особое место вследствие того исключительного значения, которое он имеет при проектировании и эксплуатации гидротехнических сооружений на реках.

Недостаточно обоснованные рекомендации по расчету максимального стока могут не только нанести ущерб народному хозяйству в результате разрушения какого-либо из сооружений, возведенных на реке, но и привести к непоправимым катастрофическим последствиям для населенных пунктов и сооружений, находящихся ниже по течению. Все это ставит перед проектировщиками требования высокой ответственности при назначении расчетных максимумов стока.

Но, с другой стороны, создание неоправданно большого запаса приводит к завышению сметной стоимости сооружения, что снизит его рентабельность.

По существу, при расчете максимального стока приходится иметь дело с необходимостью решения одновременно двух противоположных условий: безопасности сооружения за период его службы и экономической эффективности. В качестве критерия при определении расчетного максимума стока для каждого вида строительства принимается ежегодная вероятность превышения этой величины, устанавливаемая нормативными документами, утвержденными или согласованными с Госстроем СССР.

На территории нашей страны максимальные расходы на реках: наблюдаются как при выпадении дождей, так и в результате таяния сезонных снегов. Нередко на реках формируются максимальные расходы смешанного происхождения, когда на основную волну половодья, например, накладывается дождевой сток. Весеннее половодье охватывает одновременно огромные территории, а дождевые паводки чаще имеют локальный характер. Кроме того, дождевые паводки в течение одного года могут наблюдаться: неоднократно.

Факторы весеннего половодья. Формирование максимального стока весеннего половодья происходит под влиянием метеорологических условий и факторов подстилающей поверхности. Первые определяют интенсивность снеготаяния и водоотдачи, испарение, а вторые — потери талых вод на инфильтрацию, поверхностное задержание, а также трансформацию на склонах и в русловой сети.

В зависимости от ведущего фактора снеготаяние может происходить: за счет притока солнечной радиации (солярный тип снеготаяния), адвекции тепла (адвективный тип), в результате выпадения жидких осадков (плювиальный тип), но чаще всего за счет сочетания этих факторов. Интенсивность снеготаяния определяется в конечном счете поступлением и расходованием тепла на уровне тающей поверхности снега.

С началом снеготаяния происходит аккумуляция воды в снежной толще, что обусловливает запаздывание во времени процессов водоотдачи, инфильтрации, поверхностного задерживания и склонового стока. Под водоотдачей снежного покрова понимается процесс поступления на поверхность почвы избыточной гравитационной воды. Особенно велико различие между интенсивностью снеготаяния и водоотдачи в начальной стадии таяния снега.

В период водоотдачи соотношение между ними определяется уравнением: h_B = h_c/(1-γ), (3.86) - где h_B — интенсивность водоотдачи; h_c — интенсивность снеготаяния; γ — водоудерживающая способность снега, которая определяется структурой снежного покрова.

Интенсивность снеготаяния непосредственно не измеряется, а определяется косвенными методами: а) по уравнению теплового баланса, б) способом температурных коэффициентов, в) по уравнению водного баланса с использованием снегомерных съемок. Идея расчета h_с по уравнениям теплового и водного балансов понятна без особых пояснений. Метод температурных коэффициентов, описывающий адвективный тип снеготаяния, опирается на выражение

где k_t — температурный коэффициент, который, как видно из (3.87), представляет слой талой воды, приходящийся на 1° положительной температуры.

Для всего периода снеготаяния

где D — запас воды в снеге; X — жидкие осадки; Е - результирующая испарение минус конденсация; R_и — потери стока на инфильтрацию; R_акк — слой аккумуляции на поверхности склона.

Расчет h_B — по уравнению (3.88) встречает очень большие трудности, поэтому расходные компоненты часто выражают суммарно через коэффициент потерь (E+R_и+R_акк)/(D+X), т. е.

Выражение в скобках второго сомножителя представляет собой коэффициент стока α. Тогда

Средний многолетний коэффициент стока за период половодья по территории ЕТС закономерно уменьшается с севера на юг от 0,85 до 0,3. Из года в год он подвержен весьма большим колебаниям, что определяется предшествующим увлажнением бассейна, а также течением процесса снеготаяния.

Потери на инфильтрацию во многом зависят от типа подстилающей поверхности, глубины промерзания, наличия на поверхности ледяной корки, влажности: почвы к началу половодья. Аккумуляция воды на поверхности бассейна определяется микрорельефом склонов и их уклонами.