The technique of channel deformations of the Western Siberia Rivers.pdf Решение целого ряда научных и инженерных задач требует оценки деформаций речных русел [2, 13]. При наличии данных наблюдений эта задача обычно решается на основе сравнения поперечных профилей за многолетний период, а при их отсутствии - по эмпирическим формулам или с учётом сведений о реках-аналогах [5, 9, 10, 11]. Общие недостатки известных методик заключаются в следующем: 1) при большинстве существующих способов необходима разновременная русловая съемка с интервалом не менее 5 лет на исследуемой реке или на реке-аналоге, однако при проектировании объектов строительства на труднодоступных территориях таёжной, лесотундровой и тундровой зон подобные данные часто отсутствуют или не удовлетворяют требованиям по точности; 2) трудоёмкость гидрологических исследований, сложность или невозможность получения расчётных параметров в отведённые сроки; 3) высокая степень неопределённости при измерении или расчёте параметров, используемых в косвенных способах оценки и прогноза русловых деформаций; 4) существенные отклонения расчётных значений русловых деформаций от измеренных значений, если способ применяется при условиях, отличающихся от тех, которые учитывались непосредственно при его разработке [14]. Кроме того, даже при наличии русловых съёмок достаточно сложно выделить основные закономерности русловых деформаций и понять, какие их характеристики (и как) должны использоваться для проектирования гидротехнических сооружений. В качестве иллюстрации последнего аспекта геоморфологических и гидрологических исследований можно привести поперечные профили русла реки Чулым у г. Асино (крупный правый приток реки Обь, Западная Сибирь, Томская область), свидетельствующие о разнонаправленных деформациях как на смежных участках, расположенных примерно в 100 м друг от друга, так и внутри русла (рис. 1, 2). С учётом перечисленных выше проблем предложена методика оценки горизонтальных и вертикальных русловых деформаций на основе анализа материалов режимных гидрологических наблюдений (в Российской Федерации - на сети Росгидромета). В результате такого анализа выбираются уровни воды, при которых наблюдаются наибольшие значения амплитуды изменений ширины и максимальной глубины потока. Эти значения и принимаются в качестве ориентировочных оценок максимально возможных горизонтальных и вертикальных деформаций русла. Апробация методики в целом показала корректность применяемого алгоритма и возможность его использования для оценки русловых деформаций малых и средних рек таёжной зоны [8, 14]. Однако остались недостаточно проработанными вопросы выбора оцениваемых показателей, что и определило цель рассматриваемой работы - доработка и дополнительное обоснование методики оценки русловых деформаций водотоков. Методика и объекты исследования Рассматриваемая методика оценки русловых деформаций основана на определении параметров потока, при которых наблюдаются наибольшие деформации русла или, иными словами, параметров потока при руслофор-мирующем расходе. В отличие от методики Н.И. Маккавеева и её модификаций [12], во-первых, делается акцент не на расчёт косвенных показателей твёрдого стока, а на оценку изменчивости ширины и глубины потока. Во-вторых, непосредственно определяется не руслоформирующий расход воды, а уровень воды, ему соответствующий. Первое отличие обусловлено главной целью методики (определение русловых деформаций), второе -меньшими погрешностями измерения уровней воды (по сравнению с расходами). При этом общий смысл используемого подхода заключается в отборе данных об изменении ширины и глубины потока преимущественно при деформациях русла (исключая колебания, связанные с изменением количества воды), а алгоритм расчёта - в выборе данных многолетних наблюдений (с одинаковым количеством значений в периоды подъёма и спада половодья в годы с разной водностью), соответствующих фиксированному уровню воды Hi, задаваемому с каким-либо постоянным приращением AH от выбранного минимума Hmm (Hi=Hmm+i-AH, i=1,..., m). Пример формирования выборок приведён в [14]. Здесь лишь отметим, что для большинства равнинных рек с амплитудой 5-12 м приращение уровня воды целесообразно принять в размере 0,2-0,5 м (при больших значениях возрастает вероятность пропуска экстремума, при меньших - резко увеличивается трудоёмкость процедуры). Рис. 1. Поперечный профиль русла реки Чулым у г. Асино в условной системе высот, створ 8 (табл. 1) Рис. 2. Поперечный профиль русла реки Чулым у г. Асино в условной системе высот, створ 9 (табл. 1) В случаях, когда отсутствует фиксированное значение уровня воды Hi, искомые значения параметров потока находятся интерполяцией между ближайшими датами (для заданного Hi). Затем для каждой выборки определяются значения амплитуды ширины D(B), максимальной глубины водотока D(hmax) и выбираются максимумы (Anax(B) и Dmax(hmax)), которые и принимаются в качестве оценок горизонтальной и вертикальной деформации русла соответственно. Затем выполняется расчёт предельно возможно-где SB и S - погрешности измерения ширины и глубины потока; Zmm - минимальная отметка дна. Формулы (1) и (2) могут использоваться и для рек, на которых режимные гидрологические наблюдения не проводятся. При этом значения Dmax(hmax) и Dmax(B) принимаются, согласно [4, 9, 10], по данным рек-аналогов с примерно такими же условиями формирования водного стока, морфометрическими характеристиками и преобладающим типом руслового процесса. Величины Dmax(B) и Dmax(hmax) представляют собой меры рассеивания горизонтальных и вертикальных размеров русла при его заданном наполнении, что определяет очевидный физический смысл (1), (2). В то же время, использование амплитуды сопряжено со значительными случайными колебаниями от выборки к выборке [7]. С учётом этого была предпринята попытка использования в качестве меры рассеивания не амплитуды, а стандартного отклонения случайных величин Б и hmax при фиксированных значениях Hi (i=1,..., m). Для проверки гипотезы о лучшем соответствии стандартного отклонения были использованы полученные в АО «Томскгеомониторинг» и Чулымском участке водных путей и судоходства Западно-Сибирского пароходства материалы изучения русловых деформаций реки Чулым в районе г. Асино (Западная Сибирь, Томская область) в 2001-2006 гг. [3]. Река Чулым является третьим по водности (после рек Иртыша и Томи) притоком р. Оби. Водосбор площадью 134 тыс км2 имеет сложную Г-образную форму. Его южная часть охватывает восточные и северные склоны и предгорья Кузнецкого Алатау (в пределах республики Хакасия, Красноярского края и Кемеровской области), а северная, соответствующая границам Томской области, - юго-восточную часть Западно-Сибирской равнины (границу равнины и горных районов). Среднемноголетний расход воды р. Чулым у с. Батурино (площадь водосбора 131 тыс. км2) за период с 1936 по 2006 г. составляет 782 м3/с, а максимальный наблюдённый расход воды (0203.06.1941 г.) - 8 220 м3/с. Для р. Чулым на участке нижнего течения характерны свободное завершенное меандрирование и пойменная многору-кавность. Речное русло, сложенное песчаными и глинисто-песчаными отложениями, подвержено плановым деформациям, интенсивность которых достигает 20 м/год и более [3, 6, 8]. Исследуемый участок расположен в 193 км ниже по течению от с. Зырянское (площадь водосбора примерно 123 тыс. км2). В его пределах построены 29 профилей. Расстояние между профилями по фарватеру - 100 м. Наиболее полные данные получены для профилей 8 и 9 (см. рис. 1, 2). го вертикального размыва русла Z\im и максимально возможных горизонтальных русловых деформаций АБт (за T лет) рек по формулам: (1) (2) Результаты исследования При ряде допущений изменение отметки дна реки при постоянном уровне воды можно рассматривать как одномерное случайное блуждание [1], а координату дна - как нормально распределённую случайную величину с плотностью вероятности p(Z): Z - Za expi p(z ь-V2^' (3) л/2-2-Я где Za и

Скачать электронную версию публикации