Инфильтрационные потери стока на речном водосборе

Распределение вероятностей годового слоя осадков, по мнению Д.Я. Ратко-вича, вполне удовлетворительно описывается тем же законом распределения, который обычно принимается для рядов годового стока. Однако коэффициент вариации годового стока повышается, достигая в зонах недостаточного увлажнения значений Cv=1 и более. Это объясняется уменьшением среднего значения при переходе от осадков к стоку даже при сохранении дисперсии; на самом деле дисперсия стока выше, чем осадков, из-за непостоянства годового слоя испарения, впитывания и инфильтрации.

Д.Я. Раткович считает, что интересно проследить количественное изменение параметров при переходе от осадков к стоку; для этого необходимо задаться видом зависимости между годовыми значениями осадков и стока. Указанные зависимости чрезвычайно сложны и недостаточно изучены. Для средних многолетних значений осадков и стока известно соотношение слоя стока к слою атмосферных осадков, предложенное М.И. Будыко [22] на основе обобщения формулы Э.М. Ольдекопа [141]. Если условно принять это соотношение для годовых значений осадков и стока, то оно может быть записано в виде: где К =-- модульный коэффициент годового слоя осадков; х К = радиационный индекс сухости, Lx Д- радиационный баланс, кал/см2; L - скрытая теплота испарения, кДж/моль; у - годовой речной сток. Опираясь на выражение коэффициента сухости (2.1), можно получить распределение годовых объемов стока у, если задаться величиной индекса сухости и распределением величин годового слоя осадков X. С этой целью достаточно обес 57 печенностям случайной величины x (для принятого закона ее распределения) приписать значения у из приведенной формулы.

По данным Д.Я. Ратковича видно, что при одном и том же значении коэффициента вариации осадков изменчивость годового стока существенно увеличивается с ростом индекса сухости (по мере перехода в зону недостаточного увлажнения). Этим, по-видимому, объясняется гораздо больший диапазон изменения коэффициента вариации годового стока, чем коэффициента вариации слоя осадков.

Следовательно, большой диапазон наблюдающихся в природе значений коэффициента вариации годового стока рек обусловливается, в первую очередь, условиями формирования стока, а не изменчивостью годового слоя осадков. Мнение Д.Я. Ратковича по этому вопросу таково, что коэффициент вариации годового стока может рассматриваться в качестве индекса, определяющего степень внутри-рядной связанности стоковых рядов в той мере, в какой возникновение этой связанности будет признано следствием процессов формирования стока (а не следствием автокоррелированности рядов годового слоя осадков).

Что касается влияния асимметрии на распределение величин годового стока, то влияние на асимметрию индекса сухости, по мнению Д.Я. Ратковича, весьма ограничено. В общем, с ростом Cv годового стока при увеличении индекса сухости отношение Cs/Cv несколько увеличивается. Увеличение происходит в той мере, в какой можно полагаться на приведенные ориентировочные построения, исходя из полученного выше для осадков значения Cs/Cv = 1,0-1,5, для годового стока справедливо Cs/Cv= 1,5-2,0. Причем верхний предел отвечает высоким значениям коэффициента вариации годового стока. Значения коэффициента стока не зависят от коэффициента вариации слоя осадков, резко уменьшающихся по мере перехода в зону недостаточного увлажнения.

Очевидно, что приведенные рассуждения, по мнению Д.Я. Ратковича, отвечают простейшим предположениям: они не учитывают водообмен с подземными водами, влияние озерности, различное влияние на сток осадков, приходящихся на разные сезоны года, изменчивость испарения от года к году с учетом его коррелятивной связи со стоком и т.д. При одном и том же значении коэффициента автокорреляции может иметь место различный характер внутрирядных связей, выражающийся, в частности, в разных распределениях серий маловодных и многоводных лет относительно какого-либо квантиля. Как показывает Д.Я. Раткович, различные модификации описания простой цепи Маркова (при одном и том же истинном значении коэффициента автокорреляции) характеризуются индивидуальными распределениями серий. Использование этих модификаций в качестве стохастических моделей стокового ряда приводит к различным зависимостям между емкостью водохранилища и обеспечиваемой им отдачей (расхождения измеряются десятками процентов).

Еще одной причиной, вызывающей зависимость стока данного года от стока предыдущих лет, является естественное регулирование доли осадков, поступающих в реки в виде подземной составляющей стока. Она существенно выше, чем в рядах поверхностной составляющей, что заметно влияет на длительность серий общего стока. Повторяемость серий различной длительности лет с повышенным и пониженным подземным стоком (и средняя длительность этих серий) практически совпадает. Так, например, заметную роль может играть водопроницаемость грунтов. Действительно, хорошо проницаемые грунты легко поглощают влагу, но так же легко и отдают ее. В таких условиях не должно происходить существенное задержание воды в почво-грунтах, и инфильтрующиеся осадки, образующие подземный сток, в подавляющей своей части дренируются гидрографической сетью в этом же году. При малой водопроницаемости грунтов выклинивание влаги в реки может растягиваться на ряд лет, что должно увеличивать степень внутрирядной связанности подземной составляющей стока. В среднем модуль подземного стока увеличивается с ростом модуля поверхностного стока.

С ростом модуля подземного стока сначала заметно увеличивается степень его влияния на суммарный сток, затем при больших модулях подземного стока это влияние, в принципе, должно затухать из-за уменьшения связанности подземного стока. По этим причинам, в целом, ограничено влияние естественной зарегулиро-ванности подземного стока на связанность общего стока. Эта мысль подтверждается в работе Н.И. Коронкевича [126].