Введение

Глава I. Норма годового стока
§ 1. Многолетние колебания водоносности рек
§ 2. Расчет нормы стока при длинном ряде наблюдений
§ 3. Расчет нормы стока при коротком ряде наблюдений
§ 4. Восстановление хронологического ряда годовых величин стока
§ 5. Влияние основных физико-географических факторов на норму стока
§ 6. Определение нормы стока при отсутствии наблюдений. Карты стока
§ 7. Склоновый (местный) сток
§ 8. Определение нормы стока методом аналогий
§ 9. Определение нормы стока по эмпирическим формулам
§ 10. Приближенная оценка нормы стока временных водотоков на основании данных рекогносцировочного обследования

Глава II. Изменчивость годового стока
§ 1. Основные положения
§ 2. Определение параметров кривой обеспеченности годового стока
§ 3. Построение кривой обеспеченности годового стока по данным наблюдений
§ 4. Определение коэффициента изменчивости годового стока при отсутствии наблюдений
§ 5. Особенности определения коэффициента изменчивости годового стока временных водотоков
§ 6. Особенности, определения коэффициента изменчивости годового стока малых рек, неполностью дренирующих подземный сток

Глава III. Распределение стока в течение года
§ 1. Климатические типы распределения стока
§ 2. Влияние факторов естественного регулирования на распределение стока в течение года
§ 3. Методы расчета внутригодового распределения стока
§ 4. Кривые обеспеченности суточных расходов воды

Глава IV. Максимальный сток
§ 1. Общие принципы расчета максимальных расходов воды
§ 2. Расчеты максимальных расходов воды при наличии данных наблюдений
§ 3. Общие условия формирования паводков
§ 4. Влияние факторов, естественного регулирования на максимальные расходы
§ 5. Расчеты максимального стока весеннего половодья при отсутствии данных наблюдений
§ 6. Расчеты максимальных расходов дождевого стока при отсутствии данных наблюдений
§ 7. Определение максимальных расходов по следам прошедших половодий и паводков
§ 8. Расчеты формы гидрографов половодий и паводков
§ 9. Расчет трансформации паводков водохранилищами и прудами

Глава V. Минимальный сток
§ 1. Основные условия формирования минимального стока
§ 2. Расчеты минимального стока
§ 3. Пересыхание и перемерзание рек. Определение бессточного периода

Глава VI. Колебания уровня воды

Глава VII. Расчеты потерь из прудов, водохранилищ и естественных водоёмов
§ 1. Расчеты потерь на испарение
§ 2. Расчеты испарения с поверхности суши
§ 3. Определение потерь на фильтрацию
§ 4. Расчеты потерь на ледообразование

Глава VIII. Термический режим малых рек и водоёмов

Глава IX. Сток наносов и расчет заиления водохранилищ и прудов
§ 1. Формирование стока наносов
§ 2. Расчет стока наносов
§ 3. Особенности формирования и расчета стока наносов малых водотоков
§ 4. Расчет заносимости водохранилищ и прудов

Глава X. Химическое качество воды рек и водоёмов
§ 1. Состав растворенных веществ в реках и временных водотоках
§ 2. Химическое качество воды естественных и искусственных водоёмов (озер, прудов, водохранилищ)
§ 3. Расчет минерализации воды существующих и проектируемых прудов и водохранилищ
§ 4. Нормы качества воды

Глава XI. Состав и особенности гидрологических расчетов при различных видах использования водных ресурсов
§ 1. Типовой состав гидрологической записки
§ 2. Гидрологические расчеты при проектировании водоснабжения
§ 3. Гидрологические расчеты при проектировании оросительных систем
§ 4. Гидрологические расчеты при проектировании сельских ГЭС и мельниц
§ 5. Гидрологические расчеты при проектировании осушительных каналов и регулирования режима водоприемников
§ 6. Гидрологические расчеты при проектировании лесосплава
§ 7. Гидрологические расчеты при проектировании мостов и дорожных труб

Литература

Приложения
I. Отклонения ординат биномиальных асимметричных кривых обеспеченности от середины (от 1,0) при C_υ = 1,0
II. Ординаты биномиальных асимметричных кривых обеспеченности при C_s = 2C_υ
III. Отклонения ординат биномиальных асимметричных кривых обеспеченности от середины (от 1,0) при C_υ = 1,00 и отрицательной асимметрии
IV. Значения обеспеченности, вычисленные по формуле P = (m — 0,3) / (n + 0,4) x 100
V. Значения параметров A и B в формуле S = A + B lg N

Введение

Большое гидротехническое строительство в Советском Союзе основывается на планомерном изучении и научном обобщении материалов по водным ресурсам рек, а также на опыте имевшего место ранее строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений. Проекты наиболее крупных гидротехнических сооружений, как известно, основываются на данных непосредственных гидрологических наблюдений на реках. Обширность территории Советского Союза не позволяет поставить непосредственное гидрологическое изучение всех рек, на которых проектируются какие-либо гидротехнические сооружения. В особенности это относится к малым водотокам — небольшим рекам, ручьям, логам, впервые используемым в массовом масштабе в водохозяйственных целях.

По предварительным подсчетам В.М. Родевича общее количество рек в СССР составляет более 150 тысяч. Из них самые малые реки с площадями водосборов до 25 км² составляют 84% от общего количества рек, с площадями водосборов в пределах 26—100 км² — 13,7% и реки с площадями водосборов в пределах 101—500 км² — 2,2%.

Данные В.М. Родевича, хотя и полученные на основании обработки мелкомасштабных карт, можно считать достаточно близкими к истинным. Так, например, общее количество рек и ручьев с площадями водосборов до 10 км² в пределах лесостепных и степных районов Европейской части СССР, определенное по крупномасштабным картам и материалам рекогносцировочных обследований, оказалось равным 82% от всего количества водотоков. Полученные результаты очень близки к данным В.М. Родевича.

В связи с невозможностью изучения водного режима всех рек, на которых производится строительство Гидротехнических сооружений, в СССР при гидрологических расчетах получил широкое распространение метод географической интерполяции основных характеристик речного стока, основанный на законе географической зональности, установленном великим русским ученым В.В. Докучаевым.

Этот метод, часто называемый методом гидрологической аналогии, хорошо оправдывается применительно к определению гидрологических характеристик сравнительно крупных рек, водный режим которых в основном определяется зональными, главным образом климатическими факторами.

На водный режим малых рек и временно действующих водотоков, Кроме зональных климатических факторов, оказывают большое влияние и другие физико-географические факторы, в значительной части азональные, местные.

При анализе режима крупных рек, обычно протекающих в нескольких географических зонах, почти невозможно выделить влияние какого-либо одного фактора. При рассмотрении же режима малых водотоков в зависимости от преобладающего фактора уже можно выделить, например, степные, лесные, болотные, озерные, карстовые и др. водотоки.

Это показывает, что при гидрологических расчетах сооружений на малых водотоках должны учитываться особенности режима последних в зависимости от преобладающего влияния отдёльных физико-географических факторов.

Вопрос о том, какие реки следует отнести к большим, средним и малым, решается по-разному отдельными специалистами. Некоторые предлагают в качестве основного признака категории рек взять длину водотока, другие — площадь водосбора, средний годовой расход воды, глубину реки и т. д. Легко заметить, что подобные принципы деления водотока на классы не могут являться вполне определенными. Практически, основываясь на этих признаках, невозможно, например, установить границу между средней и малой рекой, малой рекой, ручьем и временным водотоком. Поэтому в основу деления водотоков на различные группы должен быть положен гидрологический признак — различия в условиях формирования стока и в характере водного режима.

Учитывая общие закономерности в формировании водного режима различных водотоков, можно предложить следующую классификацию последних по гидрологическим признакам.

1. Большая река — протекающая в пределах нескольких географических зон. Режим ее является смешанным и зависит от климатических факторов, меняющихся не только во времени, но и по территории. Сток больших рек является транзитным в пределах отдельных географических зон и часто по величине несвойственным им.

2. Средняя река — протекающая в пределах одной географической зоны. Сток ее формируется в более или менее однородных физико-географических условиях. Она получает все виды питания в том характерном соотношении, которое свойственно данному физико-географическому району, и вследствие большого эрозионного вреза русла полностью дренирует подземные воды, в пределах своего бассейна. Изменение стока средних рек по территории подчиняется закону географической зональности.

3. Малая река — имеет сток в течение всего года или кратковременно пересыхает и промерзает и неполностью дренирует подземные воды. Сток малой реки может значительно отличаться от его зональной величины в данном районе вследствие влияния местных факторов. Он может быть как больше, так и меньше ее.

4. Ручей — чисто местный термин, соответствующий в некоторых географических районах названию — малая река, речка. Часто это название относится к верховьям малой реки. Иногда встречается также название ключ.

5. Временный водоток (лог, балка, овраг) — имеет только поверхностный сток в отдельные кратковременные периоды весеннего половодья или выпадения интенсивных и продолжительных дождей.

6. Склоновый сток — сток с небольшого водосбора, не имеющего достаточно четко выраженной гидрографической сети.

Малые реки в общем случае имеют меньшую естественную зарегулированность стока, чем средние и большие и потому обладают большей изменчивостью стока как в многолетнем, так и внутригодовом разрезе. В частных же случаях малые реки вследствие преобладающего влияния одного какого-либо фактора (например, карста или озер) могут иметь более значительную естественную зарегулированность.

В зависимости от распределения стока во времени все водные потоки могут быть разделены на четыре группы:

1) водотоки, имеющие постоянное течение весь год;
2) эпизодически, в некоторые годы, прекращающие сток вследствие пересыхания и промерзания;
3) ежегодно в известные периоды времени прекращающие течение и
4) временные водотоки, имеющие сток только в период снеготаяния и выпадения интенсивных и продолжительных дождей.

Различный характер распределения стока в течение года зависит от степени естественной зарегулированности разных водотоков.

Естественная зарегулированность определяет различия в распределении стока больших, средних и малых водотоков не только в течение года, но и в периоды отдельных паводков. На малых водотоках очертание графика паводка близко к форме графика поступления талых или дождевых вод на поверхность водосбора. В частности, в период весеннего снеготаяния график стока малых водотоков обнаруживает суточные колебания соответственно характеру снеготаяния, а в период выпадения дождей он в общих чертах повторяет график изменения осадков во времени. По мере увеличения площади водосбора отдельные суточные колебания стока сглаживаются, и график стока приобретает плавные очертания. Такие различия в распределении паводочного стока разных водотоков зависят от соотношения времени поступления осадков на водосбор и времени добегания стока до замыкающего створа. В тех случаях, когда время добегания менее продолжительности поступления осадков, график стока в основном повторяет график осадков, В тех же случаях, когда время добегания превышает время поступления осадков, график стока определяется в основном гидрографическими особенностями водосбора.

Таковы в общих чертах различия в величине и распределении стока во времени водотоков разных размеров, протекающих в одних и тех же климатических районах. В общем можно сказать, что в одном и том же географическом районе различия в стоке малых водотоков разных размеров могут характеризоваться величиной площади водосбора/ которая является косвенным показателем степени разработанности и глубины эрозионного вреза русла, соотношения поверхностного и подземного стока, степени естественной зарегулированности стока, времени добегания, а также и внешних признаков размера реки — ее длины, ширины, глубины и среднего расхода воды. В условиях плоского рельефа засушливых районов площадь бассейна является также показателем потерь стока на водосборах и в руслах рек.

Однако степень зависимости величины стока и характера водного режима водотока от размера площади водосбора будет различной в разных географических районах, что определяется зональным изменением климатических факторов, влияющих также и на факторы естественного регулирования.

Несмотря на то, что малые реки и временные водотоки составляют 80—85% всех водотоков на территории Советского Союза, непосредственных гидрологических наблюдений на них производилось очень мало. Особенно мало изучены временные водотоки, наблюдения на которых производятся лишь на специально оборудованных стоковых станциях.

Вместе с тем водные ресурсы малых водотоков имеют важное значение в народном хозяйстве. Они используются главным образом для нужд сельского хозяйства — для строительства прудов и водоемов в целях водоснабжения совхозов и колхозов, строительства государственных и колхозных оросительных систем в засушливых районах страны, сооружения сельских гидроэлектростанций и мельниц, для лесосплава и местного судоходства; с малыми водотоками связано проектирование и строительство большого числа мостов и труб на железных и шоссейных дорогах.

Водные ресурсы малых водотоков используются, наконец, в целях водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий, там где нет других источников водоснабжения.

Все это приводит к необходимости изучения водных ресурсов малых рек и временных водотоков и разработки методики гидрологических расчетов применительно к малым водотокам.

Ранее при отсутствии систематических наблюдений над стоком не только малых водотоков, но и средних и больших рек, возведение гидротехнических сооружений производилось на основании опыта строительства, имевшегося у населения. Таким образом, например, было построено множество мельниц, существовавших с незапамятных времен на малых равнинных реках и ручьях Европейской части СССР. Таким же образом были построены плотины прудов и водохранилищ на старых уральских заводах, существующие до настоящего времени.

В последующем систематические наблюдения на ряде больших и сред них рек, производящиеся в основном со второй половины прошлого столетия, позволили произвести научное обобщение данных об их водном режиме и определить основные принципы гидрологических расчетов.

Гидрологические расчеты сооружений на малых водотоках, без достаточного на то основания, в большинстве случаев основывались на данных о стоке больших и средних рек. При этом использовались в основном водотоки с площадями водосборов 200—300 км² и более, интересные главным образом в энергетическом и транспортном отношении. Методика расчета стока малых рек и временных водотоков, широко используемых в народном хозяйстве в связи с массовым строительством прудов и водохранилищ в полузасушливых и засушливых районах Европейской части СССР, Западной Сибири и Казахстана, начала разрабатываться лишь в последние годы.

Задачей настоящей работы является научное обоснование принципов методики гидрологических расчетов при проектировании сооружений на малых реках и временных водотоках и установление практических приемов расчета отдельных элементов их режима. Книга составлена на основе многолетнего опыта работы автора в Государственном гидрологическом институте и в различных проектных организациях. В связи с поставленной задачей отдельные разделы работы посвящены анализу тех или иных гидрологических явлений и установлению зависимости данных явлений от комплекса физико-географических факторов применительно к условиям малых водотоков. Для этой цели использованы материалы наблюдений на стоковых станциях и на малых реках, а также географические обобщения материалов наблюдений на средних реках.

В работе дается анализ наиболее распространенных и обоснованных методов гидрологических расчетов, устанавливаются пределы их применимости для малых водотоков и приводятся наиболее характерные примеры расчета отдельных элементов водного режима, большая часть которых взята из практики работы различных проектных организаций.

Примеры расчета не следует рассматривать как рекомендуемый стандарт. Гидрологические расчеты в каждом отдельном случае, в особенности применительно к малым водотокам, должны основываться на детальном анализе режима водотока в зависимости от основных физико-географических факторов, с применением метода гидрологической аналогии. Непосредственное применение результатов обобщения гидрологических материалов по средним рекам в виде карт изолиний разных стоковых характеристик и таблиц районных параметров может быть допущено лишь для предварительных соображений с последующим уточнением.

Вообще говоря, окончательное решение вопроса о расчетных величинах стока может быть получено только в результате полевого обследования данного водотока. Для этой цели в работе даются краткие указания по методике рекогносцировочного обследования малых водотоков.