Представлены результаты расчета слоя весеннего стока и максимального расхода воды южных притоков реки Урал. Характеристики стока приведены в многолетний период и статистические параметры определены по трем периодам. Произведена оценка точности расчета параметров годового стока.
Ключевые слова: слой весеннего стока, максимальный сток, уравнение регрессии, метод аналогии, статистические параметры, разностная интегральная кривая.
Река Урал является одной из рек, которая преимущественно питается талыми водами. Годовой сток состоит из 70–80 % весеннего стока реки. В это время уровень воды поднимается до 2–2,5 метров. Главной особенностью Урала является высокая изменчивость стока. Общий сток Урала может быть в несколько раз больше в многоводный год, чем в маловодный.
Основные южные притоки реки Урал — Чаган, Чижа-1, Чижа-2, Деркул. Эти притоки по месту расположения считаются равнинными. В настоящее время на этих реках действуют 5 гидрологических постов, где ведутся наблюдения за расходами воды. Характеристики годового стока этих рек изучены в 70-е годы прошлого века [5]. Эти материалы нуждаются в уточнении с учетом данных последних лет и влияния возможных изменений климата, хозяйственной деятельности в бассейне. Даже с учетом данных наблюдений последних 30–35 лет фактический ряд недостаточен для оценки параметров стока с требуемой точностью, поэтому характеристики стока необходимо привести к многолетнему периоду [3,4].
Исходные данные ирезультаты исследования. Для определения статистических характеристик весеннего стока реки Урал выбран расчетный период. На основе анализа разностных интегральных кривых слоя весеннего стока реки Урал у пяти пунктов выбраны годы с 1940 по 2015 г.
Восстановление рядов годового стока произведено методом аналогии с использованием уравнения регрессии. Реки-аналоги выбраны в соответствии с требованиями, принимая Rкр>0,70 [3,4].
Также, весенний сток за годы отсутствия восстановлен по данным годового стока данных рек. Таким образом, значения R в пяти пунктах — соответственно составляет 70–95 (рисунок 1).
Рис. 1. График связи между а — слоем весеннего стока и среднегодовым расходом воды h=f(Qср), б — максимальным стоком и слоем весеннего стока Qmax=f(h)
Для количественной оценки эффективности приведения нормы стока к многолетнему периоду используется показатель эффективности К [3]:
, (1)
где R-коэффициент парнойкорреляции, n-число лет совместных наблюдении.
Показатель эффективности характеризует процент уменьшения среднего при приведении ряда к периоду N.
Показатель эффективности приведения коэффициента вариации к многолетнему периоду определяется по аналогичной формуле
. 100 % (2)
Показатель эффективности К характеризует процент уменьшения погрешности среднего и коэффициента вариации при приведения ряда к многолетнему периоду.
По результатам расчетов показатель эффективности нормы стока — 97–76 %, коэффициента вариации — 77–56 %.
Из-за забора воды для нужд различных отраслей экономики с 1974 года, сток южных притоков реки Урал считается зарегулированным [1]. Поэтому характеристики весеннего стока определены в трех вариантах: по данным фактических наблюдений, за многолетний период 1940–2015 гг., и за последний сорокалетний период с 1974 по 2015 гг.
Результаты расчета характеристик весеннего стока реки Урал по трем пунктам представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Характеристики слоя весеннего стока южных притоков р.Урал
|
Река-пункт |
Период наблюдений |
Число лет наблюдений |
Характеристики весеннего стока |
|||||||||||
|
За период наблюдений |
1940–2015г. |
1940–1974г. |
1975–2015г. |
|||||||||||
|
h, мм |
Cv |
Cs |
h, мм |
Cv |
Cs |
h, мм |
Cv |
Cs |
h, мм |
Cv |
Cs |
|||
|
Р.Чижа 1-я — с.Чижа 1-я |
1940,42,48–88,90–94,2002–03,05,07,2010 |
44 |
39,1 |
0,74 |
0,86 |
40,20 |
0,73 |
0,89 |
46,21 |
0,75 |
0,71 |
35,1 |
0,63 |
0,62 |
|
Р. Чижа 2-я — с.Чижа 2-я |
1954–86, 88–90, 93–96, 2000–04, 12 |
47 |
54,9 |
0,71 |
1,40 |
57,70 |
0,70 |
0,89 |
56,67 |
0,65 |
0,79 |
58,5 |
0,73 |
1,16 |
|
Р.Чаган — с.Каменный |
1940–41, 48, 50–2010 |
64 |
46,4 |
0,62 |
1,17 |
49,20 |
0,66 |
1,25 |
53,63 |
0,71 |
1,42 |
45,4 |
0,57 |
0,36 |
|
Р.Деркул — с.Каменка |
1965–90, 92, 94, 96–97, 2009–12 |
35 |
43,1 |
0,94 |
1,20 |
74,30 |
1,07 |
2,83 |
114,6 |
1,07 |
2,83 |
64,3 |
0,95 |
1,00 |
|
Р.Деркул — с.Белес |
1963–78, 80–95, 97,03–06, 09–12 |
38 |
35,7 |
0,89 |
1,80 |
53,10 |
0,97 |
1,35 |
41,80 |
0,73 |
0,90 |
38,2 |
0,83 |
1,51 |
Таблица 2
Характеристики слоя весеннего стока южных притоков р.Урал
|
Река-пункт |
Период наблюдений |
Число лет наблюдений |
Максималды ағынды сипаттамалары |
|||||||||||
|
За период наблюдений |
1940–2015г. |
1940–1974г. |
1975–2015г. |
|||||||||||
|
Q м3/с |
Cv |
Cs |
Q м3/с |
Cv |
Cs |
Q м3/с |
Cv |
Cs |
Q м3/с |
Cv |
Cs |
|||
|
Р.Чижа 1-я — с.Чижа 1-я |
1940,42,48–88,90–94,2002–03,05,07,2010 |
44 |
61,2 |
0,84 |
1,01 |
65,00 |
0,80 |
1,34 |
78,8 |
0,76 |
0,87 |
52,6 |
0,74 |
0,52 |
|
Р. Чижа 2-я — с.Чижа 2-я |
1954–86, 88–90, 93–96, 2000–04, 12 |
47 |
63,4 |
0,62 |
0,32 |
67,55 |
0,65 |
0,61 |
72,8 |
0,64 |
0,84 |
62,8 |
0,64 |
0,29 |
|
Р.Чаган — с.Каменный |
1940–41, 48, 50–2010 |
64 |
278 |
0,85 |
2,29 |
301,5 |
0,92 |
2,10 |
406,9 |
0,89 |
2,10 |
211,6 |
0,68 |
1,36 |
|
Р.Деркул — с.Каменка |
1965–90, 92, 94, 96–97, 2009–12 |
35 |
49,6 |
1,22 |
1,69 |
123,1 |
1,11 |
1,34 |
155,2 |
1,01 |
1,17 |
95,7 |
1,14 |
1,36 |
|
Р.Деркул — с.Белес |
1963–78, 80–95, 97,03–06, 09–12 |
38 |
140 |
0,78 |
0,68 |
164,6 |
0,80 |
0,93 |
185,6 |
0,78 |
0,95 |
146,6 |
0,79 |
0,8 |
Анализ результатов, приведенных в таблице 1, показывает существенные изменения максимального стока. Так, норма слоя весеннего сток за 1940–1974 г у р.Чижа-1 — с.Чижа-1 составил 40,2 мм, а за 1975–2015 составил 35,1 мм. Из сопоставления значений весенних стоков, видно их снижение на 12,8 %.
А у р.Чижа-2 — с.Чижа-2 весенний сток за 1940–1974 г составил 56,7 мм, за 1975–2015 г 58,5 мм. Из сопоставления значений двух периодов, можно заметить, что норма слоя весеннего стока, наоборот увеличилась на 3,2 %.
Норма слоя весеннего стока за 1940–1974 г у р.Чаган — с.Чувашинское равна 53,6 мм, а за период с 1975 по 2015 г — 45,4 мм. Величина слоя весеннего стока за последние сорок лет уменьшилась на 15,3 %.
Также, норма весеннего стока за 1940–1974 г. у р.Деркул — с.Каменка и р.Деркул-с.Белес составил 114,6 мм и 41,8 мм, а за 1975–2015 г. составил 64,3 мм и 38,2 мм. Значения нормы весеннего стока уменьшились на 43,4 % и 8,7 %.
Среднее многолетнее значение максимальных расходов за 1940–1974 у р.Чижа-1 — с.Чижа-1 составил 78,8 м3/с, а за 1974–2015 г. его величина уменьшилась до 52,6 м3/с. Из сопоставления значений максимальных расходов видно снижение на 33,2 %.
Аналогичная картина наблюдается на р.Чижа-2 — с.Чижа-2. Максимальный сток за естественный период с 1940 г. по 1974 г. составил 72,8 м3/с, а с 1974г. по 2015 г. он уменьшился до 62,8 м3/с. Из сопоставления значений максимальных расходов видно снижение на 13,7 %.
Максимальный сток р.Чаган — с.Чувашинское получился почти в два раза меньше, чем ранее определенные значения. То есть, за 1940–1974 г. многолетнее значение максимального расхода составил 406,9 м3/с, за 1974–2015 г. составил 212,7 м3/с. Значение максимального расхода уменшилось до 47,7 %.
Среднее многолетнее значение максимальных расходов воды р.Деркул — с.Каменка и р.Деркул-с.Белес за период наблюдений с 1975 г. по 2015 г. уменьшилось на 38,3 % и 21 %.
Случайные средние квадратические ошибки выборочных средних определены по зависимости:
, (3)
которая применяется при коэффициенте автокорреляции между смежными членами ряда r < 0,5. Как правило, для рядов годового стока r=0,2–0,3.
Анализ согласия эмпирических и аналитических функций распределения показал, что распределение характеристик весеннего стока большинства рек соответствует кривой обеспеченности Крицкого — Менкеля при Cs = 2Cv, поэтому средние квадратические ошибки коэффициентов вариации определены по зависимости [2,6]:
(4)
Интерес представляет точность оценки нормы и коэффициента вариации стока, приведённого к многолетнему периоду.
По результатам расчетов показатель средней квадратической ошибки коэффициента годового стока — 10–14 %, коэффициента вариации — 11–13 %.
При оценке точности расчета нормы и коэффициента вариации стока учтен объем эквивалентной информации [3].
Выводы. Таким образом, в расчетных створах наблюдений за стоком южных притоков реки Урал в пределах РК получены характеристики максимального и слоя весеннего стока. Характеристики стока вычислены за различные периоды с учетом фактических и восстановленных величин стока.
По итогам результатов наблюдается существенное уменьшение максимального расхода и слоя весеннего стока с 1975 года. Уменьшение величин максимальных расходов воды и слоя весеннего стока объясняется строением водохранилищ, развитием промышленных отраслей и использованием воды в большом количестве для разных хозяйств с 1975 г.
Литература:
- Давлетгалиев С. К., Расчет нормы годового стока рек правобережья бассейна р.Жайык в пределах границы РК // Гидрометеорология и экология — 2008. — № 2–3. — С. 64–74.
- Крицкий С. Н., Менкель М. Ф. Гидрологические основы управления речным стоком. М.: Наука, 1981- 249 с.
- Определение основных расчетных гидрологических характеристик СП-33–101–2003. М.: Госстрой. России 2004–71 с.
- Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984–448 с
- Ресурсы поверхностных вод СССР Т.12, вып.2. Урало-Эмбинский район — Л.: Гидрометеоиздат, 1970–511 с.
- Рождественский А. В., Ежов А. В., Сахарюк А. В. Оценка точности гидрологических расчетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1990–276 с.
