ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2012, № 1, с. 68-80
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И ГЕОЭКОЛОГИЯ =
УДК 556.166(476)
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ ДОЖДЕВЫХ ПАВОДКОВ НА РЕКАХ БЕЛОРУССИИ
© 2012 г. А.А. Волчек*, Т.А. Шелест**
* Брестский государственный технический университет **Брестский государственный университет имени А.С. Пушкина
Поступила в редакцию 19.08.2010 г.
Выявлены пространственно-временные закономерности в формировании дождевых паводков на реках Белоруссии. Проанализированы многолетние ряды наблюдений за максимальными расходами воды паводков, дана оценка их трансформации. Построена карта распределения максимальных модулей стока дождевых паводков 5 %-ной обеспеченности по территории республики. Исследована роль различных типов циркуляции атмосферы в формировании паводков на реках.
Введение. Реки Белоруссии принадлежат к типу равнинных с преобладанием снегового питания. Водный режим рек характеризуется большим разнообразием и находится в тесной связи с метеорологическими условиями в данном районе и с особенностями подстилающей поверхности (рельеф, залесенность, заболоченность и др.).
Наибольшее отличие имеют реки северо-восточных и южных районов. Первые из них (верховья Днепра и Западной Двины), расположенные в наиболее возвышенной и расчлененной части территории и текущие в узких четко выраженных долинах, характеризуются более резкими и значительными колебаниями уровней и расходов в течение года.
Южные реки (реки Полесья), расположенные в условиях равнинной сильно заболоченной местности с близким залеганием грунтовых вод, имеющие небольшие уклоны и слабую врезан-ность русел, протекают в широких долинах с обширными поймами. Они отличаются наибольшей сглаженностью хода уровней, невысоким и очень растянутым половодьем, относительно низкой летней меженью и периодическими паводками. Этот регион является наиболее паводкоопасным. Здесь паводки нередко затапливают значительные территории в поймах рек, что наносит существенный ущерб экономике страны. На рис. 1 показаны площади затопления поймы р. Припять в зависимости от обеспеченности уровня воды.
Режим рек западных районов (бассейн Немана и Западного Буга) также имеет свои особенности, обусловленные главным образом неустойчивыми
погодными условиями зимы и весны, благодаря чему на реках в одни годы формируется режим половодья, в другие же - типично паводочный. Паводочный режим формируется в годы с мягкой оттепельной зимой, когда устойчивый снежный покров отсутствует, и весной формируются паводки главным образом за счет дождей.
Паводки на реках страны бывают почти ежегодно и наблюдаются они в различное время на протяжении всего года. Высота паводков в среднем 0.4-0.7 м над меженью. Наиболее высокие паводки (1.0-1.7 м) наблюдаются на реках северо-востока (притоки Западной Двины и верхнего Днепра), на которых вследствие расчлененного рельефа и преобладания слабопроницаемых суглинистых почв происходит быстрое стека-ние воды при малых потерях на инфильтрацию. В отдельные годы высота летних паводков может достигать до 4-7 м над меженным уровнем.
Цель настоящего исследования - выявление пространственно-временных закономерностей в формировании дождевых паводков на реках республики. Для реализации поставленной цели потребовалось решить следующие задачи: проанализировать распределение максимальных модулей стока дождевых паводков; провести анализ многолетних рядов наблюдений за максимальными расходами воды дождевых паводков, дать оценку их изменениям; установить зависимость величины паводочного стока от типов циркуляции атмосферы.
Исходные данные и методика исследования.
Исходными данными для исследования послужили материалы наблюдений Департамента по
гидрометеорологии Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь за максимальными расходами воды дождевых паводков.
Наблюдения за водным режимом белорусских рек ведутся с конца XIX в. Наиболее продолжительные наблюдения за паводочным стоком имеются на крупных реках: р. Западная Двина (с 1877 г., г. Витебск), р. Неман (с 1878 г., г. Гродно), р. Припять (с 1881 г., г. Мозырь), р. Днепр (с 1882 г., г. Орша) и др. Часть гидрологических постов были открыты в 1920-1930-е гг. На многих реках наблюдения начали вестись только в послевоенный период (с 1946 г.). Причем количество гидрологических постов от начала наблюдений до настоящего времени постоянно изменялось. Самое большое их число отмечено в послевоенные годы. Таким образом, наибольшая продолжительность наблюдений за паводочным стоком составляет 130 лет. Причем более продолжительные наблюдения имеются на больших и средних реках, что позволяет с достаточной степенью достоверности использовать многолетние ряды и оценивать различные гидрологические характеристики. На малых реках продолжительность наблюдений значительно меньше.
Проблема паводков и их расчетов является одной из важных и вместе с тем сложных проблем гидрологической науки. Исследование условий и закономерностей формирования дождевого паво-дочного стока имеет длительную историю. История учения о паводках представляет собой пример развития научной дисциплины, тесно связанной с практическими запросами народного хозяйства, а именно гидроэнергетики, транспорта, сельского хозяйства, мелиорации, коммунального хозяйства и др. Поэтому основные направления по вопросам исследования паводков были направлены на расчет максимального паводочного стока.
Вместе с тем, условия пространственно-временных закономерностей формирования паводков, особенностей их проявления и возникновения исследованы недостаточно.
МОДУЛИ СТОКА ДОЖДЕВЫХ ПАВОДКОВ
Для выявления пространственной структуры распределения максимальных паводочных расходов выполнен сравнительный анализ величины максимальных модулей стока дождевых паводков 5 %-ной обеспеченности по территории Белоруссии.
тыс. га 700 600 500 400 300 200 100 0
р, %
12 3 всего по пойме
4 5 6 7
■ в пределах Белоруссии
Рис. 1. Площади затопления поймы р. Припять в зависимости от обеспеченности уровня воды.
На предварительном этапе проведена оценка однородности и стационарности исходных временных рядов наблюдений. Оценка однородности рядов осуществлялась на основе генетического и статистического анализов исходных данных наблюдений. При этом использовался критерий Стьюдента для оценки однородности средних и критерий Фишера для оценки однородности дисперсий. Анализ показал, что ряды не имеют статистически значимых резко отклоняющихся от общей совокупности предельных максимумов, и принятый период репрезентативен. Определение расчетных гидрологических характеристик осуществлялось путем применения аналитических функций распределения ежегодных вероятностей превышения - кривых обеспеченностей [4]. Для сглаживания и экстраполяции эмпирических кривых распределения использовались аналитические кривые трехпараметрического гамма-распределения Крицкого-Менкеля. В результате получены максимальные расходы воды дождевых паводков 5 %-ной обеспеченности, которые были представлены в виде модулей стока. Выбор данной расчетной обеспеченности обусловлен нормативными документами, поскольку инженерные сооружения, как правило, рассчитываются на 5%-ную вероятность превышения.
В соответствии со сменой географических зон по широте местности и, следовательно, изменением климатических факторов изменяются по территории и показатели стока рек. Так, максимальный модуль стока дождевых паводков 5%-ной обеспеченности на исследованной территории в среднем составляет 30-35 л/(с • км2), причем его значения варьируются от 15 до 55 л / (с • км2) (рис. 2). При этом обнаруживается общее уменьшение величин максимального модуля стока дождевых паводков в направлении с севера на юг вместе с изменением количества осадков, характера рельефа, темпера-
26 28 30 32
24 26 28 30 32
Рис. 2. Максимальный модуль стока дождевых паводков 5%-ной обеспеченности рек Белоруссии.
туры, испарения. Наибольшие значения модулей наблюдаются в бассейне Днепра и Западной Двины (40-45 л / (с • км2)). На западе страны, в бассейне р. Неман, величина максимального модуля стока паводков 5 %-ной вероятности превышения составляет 25-30 л/(с • км2), причем наименьшие значения отмечаются на левобережных притоках. На фоне общего зонального распределения стока по территории в отдельных районах наблюдаются повышения или понижения стока. Для рек Полесья характерны наименьшие величины максимального модуля стока дождевых паводков 5%-ной обеспеченности. Причем в пределах Полесья наблюдаются заметные отличия. Так, на западе, в бассейне Западного Буга, а также в восточной части Полесья показатели модуля стока паводков равны средним по стране и достигают 25-35 л/(с • км2), в среднем течении р. Припять они минимальны и составляют 15-20 л/(с • км2).
Таким образом, несмотря на то, что реки Полесья имеют наименьшие значения максимальных модулей стока дождевых паводков, этот район на сегодняшний день является наиболее паводкоопасным в силу особенностей строения данной территории.
Величина модуля зависит от площади водосбора: обычно чем больше площадь, тем меньше максимальный модуль стока. На малых водосборах максимальные модули стока паводков могут
достигать значительных величин. Так, на р. Ко-паювка (с. Черск) максимальный модуль стока паводков 5%-ной обеспеченности составляет 50, на р. Чертень (с. Некрашевка) 80 л/(с • км2). На крупных реках максимальные модули стока паводков небольшие: на р. Припять (г. Мозырь) 9.1, на р. Сож (г. Гомель) 12 л/(с • км2).
По величине максимальных расходов и уровней воды дождевые паводки существенно меньше снеговых. Однако в отдельные годы величина дождевых паводков может превышать половодье, как это было, например, в 1952, 1960, 1974, 1993, 1998 гг. на реках бассейна Припяти.
МНОГОЛЕТНИЕ КОЛЕБАНИЯ ПАВОДОЧНОГО СТОКА РЕК
На рис. 3 в качестве примера представлены графики многолетних колебаний максимальных расходов воды дождевых паводков за период инструментальных наблюдений на некоторых реках Белоруссии, на которых показаны линии трендов. Анали
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.