Формирование половодья на реках Ростовской области

В зимы с массовым распространением ледяной корки коэффициент стока очень высокий, потери стока минимальные и талая вода скатывается по ледяной корке, как по асфальту. Во время длительных зимних оттепелей талая вода успевает достичь гидрографической сети, и тогда на реке проходит зимний паводок. Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Т. 7 Донской регион. Л., 1967.

2.2.3 Температура воздуха и интенсивность снеготаяния

Учет интенсивности снеготаяния важен при прогнозах высоты половодья и почти не нужен в случае прогнозов объёма половодья. Чем меньше объём половодья в данном году, тем значительнее роль интенсивности снеготаяния.

Роль интенсивности снеготаяния в формировании весеннего половодья различна для крупных, средних и малых рек. Чем меньше река, тем значительнее влияние интенсивности снеготаяния. Более того, на очень малых водотоках ход стока в целом повторяет ход интенсивности снеготаяния.

Физические свойства самого снежного покрова, а главное - условий его таяния очень разнообразны. Сначала начинает таять снег на склонах южной экспозиции, затем на ровной местности, далее на северных склонах, в балках, оврагах и наконец, в лесах. В лесах средней густоты снег исчезает позже, чем в полях: в южных районах на 6-8 дней, в северных на 15-20 дней. Процесс снеготаяния начинается задолго до наступления положительной температуры воздуха. Проникающая в толщу снега солнечная радиация способствует оттаиванию частиц снега в поверхностном слое. Вследствие неоднократного замерзания ночью и таяния днем снег превращается в массу бесформенных ледяных зёрен, сначала мелких, а затем и более крупных. В дальнейшем кристаллы снега приобретают округлую форму.

На первых порах снег лишь насыщается талой водой. Водоотдача из него начинается только после того, как растает 15-20 % снегозапасов. В последующем, когда плотность снега достигнет 0,32-0,34 г/см3, разница между интенсивностью снеготаяния и водоотдачи становится небольшой. Обычно основная масса снега стаивает при средней суточной температуре воздуха 3-5⁰С, но бывает, что и при температуре 12-15⁰С, когда дневная температура достигает 20-25⁰С.

Коэффициент стаивания - величина более или менее правильная лишь в целом для всего периода снеготаяния. Для каждого же конкретного дня его значение зависит от типа погоды (солнечная или пасмурная, ветреная или безветренная), от структуры снега (мелко или крупно зернистый) и пр. Особенно сильное влияние оказывают на него дожди. Благодаря механическому воздействию капли дождя разрушают снежные капилляры и внутриснежные перегородки. Содержащаяся в снеге капиллярная и плёночная вода переходит в гравитационную воду и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсивность снеготаяния возрастает в 1,2-1,4 раза.

Определённую роль играет и ветер, который не даёт застаиваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах. Не вся поступившая на поверхность речного бассейна талая вода стекает в реки. Часть воды просачивается в почву и идёт на пополнение почвенной влаги и запасов грунтовых вод. Часть воды уходит на испарение и перехватывается бессточными понижениями (обычно 10-15 мм), болотами и озерами.

Все эти расходные компоненты баланса практически невозможно измерить на громадных пространствах. Ещё труднее их предвидеть. Поэтому при прогнозах объема и максимума половодья вопрос обычно решается путем построения эмпирических локальных графиков (зависимостей). Посредством локальных зависимостей в неявном виде учитываются индивидуальные особенности речного бассейна (лесистость, заболоченность, рельеф, состав грунтов и пр.). Исключаются систематические ошибки в учёте стока воды и в наблюдениях за обусловливающими факторами.

В общем случае основой для долгосрочного прогноза объема половодья служит эмпирическая зависимость между объёмом, с одной стороны, и суммой максимальных за зиму снегозапасов и весенних осадков, а также косвенной количественной характеристикой водопоглотительной способности поверхности бассейна реки к началу весны - с другой стороны. Для этого надо располагать рядом наблюдений не менее чем за 15-20 лет.

Иногда прибегают к установлению фоновой зависимости для рек какого-либо однородного по физико-географическим условиям района. Это возможно потому, что все величины выражены в миллиметрах слоя. Локальные и фоновые зависимости строятся в двух вариантах - с учетом весенних осадков после схода снега и без них. Объём половодья представляет интерес лишь тогда, когда река впадает в водохранилище, озеро или когда её сток интенсивно разбирается для нужд ирригации и водоснабжения.Кузьмин П.П. Процесс таяния снежного покрова. - Л.:Гидрометеоиздат, 1961. - 346 с.



3. Характеристика половодья на реках Ростовской области

Гидрометеорологическую обстановку весеннего половодья на территории Ростовской области освещают 33 гидрологических стационарных поста ГУ «Ростовский ЦГМС-Р» и 21сезонный муниципальный против паводковый гидрологический пост.

Начало половодья на реках южной части бассейна наступает в среднем во второй половине февраля, на реках северной части - в третьей декаде марта и продолжается 1,5-2 месяца.

Половодье на реках севера области имеет одновершинную форму, однако из-за частого возврата холодов волна половодья приобретает иногда двухвершинную (рис. 18), а иногда и многовершинную форму (рис. 19), что часто наблюдается в низовьях Дона.

Рис. 18. Совмещенные графики колебания уровня воды р. Калитва, 2010 г. (составлен автором)

Для бассейна Дона характерна асинхронность половодного стока (рис. 20, 21), так, к примеру, очень высокое половодье сформировалось весной 1970 г. в верхней части бассейна, пик половодья 1942 г. был наибольшим в среднем течении и в низовьях рек Сосна, Хопер, Бузулук, Иловля, а половодье 1917 г. - в нижнем течении Дона. Половодье 2010 г. за последние годы считается самым высоким.

Рис. 19. Совмещенные графики колебания уровня воды, р. Миус, 2011 г. (составлен автором)

Весеннее половодье р. Дон имеет резко выраженный подъем уровней, меняющийся как по высоте, так и по времени, в зависимости от метеорологических условий рассматриваемого года (рис. 20, 21, 22, 23, 24).

В зоне риска подтопления в результате весеннего половодья и снежно-дождевых паводков - находятся районы, прилегающие к рекам Дон, Северский Донец, Маныч, а так же бассейнов средних и малых рек Тузлов, Крепкая, Миус, Глубокая, Большая, Быстрая, Калитва и др. нагонным явлениям - прибрежные районы на устьевом участке реки Дон, от городского округа Азов до городского поселения Аксай.

Резкое повышение температуры воздуха в Ростовской области значительно ускоряет таяние льда и снега, что провоцирует стремительный подъем уровня воды в реках (табл. 8). Так, амплитуда колебания температуры воздуха в 2014 году составила 33,2 С, в феврале 2010 г. температура воздуха поднималась до +12,8^оС.

Самая опасная ситуация - это быстрое таянье мощного снежного покрова после зимы (2010 г), которое сопровождается еще и обильными осадками в виде дождя. В этом случае вся талая и дождевая вода стекает по мерзлому грунту непосредственно в реку, в результате половодье может носить катастрофический характер.

Таблица 8

Экстремальные значения температуры воздуха (^оС) за период половодья. Ростовская область, 2009-2014 гг. (составлена автором)

		2009	2010	2011	2012	2013	2014
Январь	максимум	+5,1		+5,6
	минимум	-22,8		-15,8
Февраль	максимум	+9,9	+12,8	+5,3	+4,3	+11,1	+11,2
	минимум	-9,0	-15,9	-17,7	-23,5	-8,9	-22,0
март	максимум	+17,7	+14,4	+14,8	+12,1	+16,3	+19,4
	минимум	-8,9	-11,6	-10,8	-10,2	-10,5	-3,0
апрель	максимум		+21,8	+23,1	+12,1	+25,4	+22,2
	минимум		+2,3	-1,5	-10,2	+2,2	-3,4
За период половодья	максимум	+17,7	+21,8	+23,1	+12,1	+25,4	+22,2
	минимум	-22,8	-15,9	-17,7	-23,5	-10,5	-22,0
		40,5	37,7	40,8	35,6	35,9	44,2

Рис. 20. Совмещенные графики колебания уровня воды 2011 г. (составлен автором)

Рис. 21. Совмещенные хронологические графики колебания уровня воды на реках Ростовской области 2014 г. (составлен автором)

Рис. 22. Совмещенные графики колебания уровня воды на реках Ростовской области период с 2009-2014 г. (составлен автором)

Рис. 23. Совмещенные графики колебания уровня воды р. Калитва -Раздолье 2010-2014(составлен автором)

Рис. 24. Совмещенные графики колебания уровня воды р. Миус -Куйбышево 2010-2014 (составлен автором)

Таяние снега на Нижнем Дону начинается раньше, чем в верховьях бассейна, что обуславливает первое повышение уровней воды еще при ледоставе задолго до наступления максимума. Вслед за первым подъемом наступает более мощная вторая волна, являющаяся результатом таяния снега в более отдаленных (северных) частях водосбора. Особенно заметно выделяется первый пик половодья ниже впадения р. Сев. Донец, половодье которого проходит раньше, чем на р. Дон.В некоторые годы, вследствие запаздывания весны на нижнем участке реки, оба подъема сливаются в один и получается более высокий половодный пик. Если это совпадает с наличием в бассейне больших запасов снега, половодье достигает исключительной высоты (1917 г.).

Половодье на Нижнем Дону начинается обычно в середине марта. Самое раннее начало половодья на Дону наблюдалось в середине февраля (1904 г.), а самое позднее - во второй декаде апреля (1884 г.). Средняя продолжительность весеннего половодья составляет около 70 дней, наиболее продолжительное половодье - 122 дня - наблюдалось в 1904 г., а самое короткое - около 50 дней - в 1935 г.

Половодная волна по длине реки Дон вследствие значительного регулирующего влияния поймы, перемещаясь вниз по реке, сильно распластывается - уменьшается высота половодья и возрастает его продолжительность, особенно в нижнем течении (примерно ниже г. Аксая), где в маловодные годы она становится совсем невыраженной. Наиболее высокий уровень на Нижнем Дону за весь многолетний период наблюдений с 1878 г. был отмечен в 1917 г.

На основании отметок, сделанных в станице Старо черкасской, этот уровень, как наивысший для не зарегулированных условий, может быть отнесен к периоду с 1740 г. по 1951 г. и, очевидно, мог бы быть продолжен до настоящего времени, т.е. отнесен к периоду не менее 250 лет.

Максимальные расходы воды весенних половодий р. Дон и его притоки (Воронеж, Хопер, Медведица) являются наибольшими в течение года и наблюдаются в третьей декаде апреля или в первой половине мая и превышают предпаводочный уровень в среднем на 4-7 м. Наиболее раннее наступление максимума у г. Калач было зарегистрировано 25 марта 1925 г., а наиболее позднее - 12 мая в 1896, 1923, 1928, и 1929 гг.

В створе Цимлянской плотины максимумы проходят на 5-7 дней позже.

Наибольшие расходы воды у г. Калач наблюдались в 1917 г. - 14651 м³/с, 1942 г. - 11600 м³/с, 1929 г. - 11350 м³/c, 1932 г. - 11200 м³/с; наименьшие из максимальных расходов - 1950 г. - 1500 м³/c, 1944 г. - 1548 м³/с, а в 1935 г. - 1663 м³/с.

В (таблице 9) приведены параметры весеннего половодья для основных рек бассейна Дона (для условий естественного стока).

Таблица 9

Параметры весеннего половодья для основных рек бассейна Дона (для условий естественного стока)

№ р/с	Река-створ	Параметры половодного стока	Расчетные объемы весеннего половодья различной обеспеченности км3
Ср объем км3	Коэфф. вариации	Коэфф. асиммет
	50%	75%	95%
	р Дон Лиски	0,37	0,37	0,74	5,739	4,850	3,650
	р Дон Цимлянск	0,42	0,42	0,84	15,750	12,030	7,740
	р Дон Северский Донецк устье	0,59	0,59	1,18	3,380	2,940	2,030
	р Дон Раздорская	0,42	0,42	0,84	20,759	15,750	10,400

В начале или в середине июня спад половодья замедляется и на реке постепенно устанавливается летне-осенняя межень. Спад половодья на средних и малых реках в южной части территории обычно заканчивается в конце марта - в первой - второй декадах апреля, а в северной ее части - в третьей декаде апреля - начале мая. Интенсивность спада половодья значительно меньше интенсивности подъема. Летне-осенняя межень иногда прерывается дождевыми паводками.

Наибольшие в году дождевые паводки характерны, в основном, для малых водотоков, однако в отдельные годы они превышают расходы весеннего половодья даже на средних реках длиной 150-200 км.

Межень на реке Дон, характеризуется устойчивыми низкими горизонтами, примерно до станицы Багаевской, ниже которой участок реки находится под влиянием сгонно-нагонных явлений.

Под влиянием восточных ветров на Нижнем Дону и в Таганрогском заливе в любом сезоне может происходить сгон воды. Западные штормы на Нижнем Дону и в заливе создают сильный нагон. В августе 1960 г. при сильном западном шторме только за одну ночь уровень воды реки Дон у г. Ростова поднялся на 2 м, а у г. Азова на 2,5 м. произошло внезапное затопление поймы на значительном протяжении.Гидрологическая изученность. Т. 7. Донской район.- Л., 1964.

Наиболее низкие уровни и минимальные расходы воды летне-осеннего периода наблюдаются обычно в сентябре - октябре, на некоторых реках - в июле - августе. В этот период р. Дон получает основное питание с верхней северо-западной части бассейна и крупных притоков среднего течения, находящихся в зоне относительно повышенной влажности и обеспеченных питанием грунтового стока.

Все притоки Нижнего Дона, за исключением р. Северский Донец, имеют незначительный меженный сток и нередко пересыхают. В отдельные маловодные годы пересыхает даже р. Сал в нижнем течении. Многие реки в бассейне Дона (Цимла, Ср. Егорлык и др.) в отдельные годы в летне-осенний сезон пересыхают на срок от 1-3 до 300 дней. В Ростовской области сток круглый год не прекращается лишь на реках северной части с площадями водосбора 500-1000 км² и более. В южной части области в бассейнах Сала и Маныча почти ежегодно пересыхают на срок 5-7 месяцев реки с водосборами до 5000 км², а к категории временных водотоков здесь относят реки с площадями водосбора до 1000 км².

Зимняя межень на малых водотоках устанавливается в конце ноября - начале декабря, на Дону и его крупных притоках - Хопре, Медведице - в первой декаде декабря. Продолжительность зимней межени от 60-70 до 120-130 дней. Ледостав на малых реках западной части территории бассейна обычно устанавливается в 3-й декаде ноября, в восточной части - во второй декаде, а на юге - в первой декаде декабря.

Продолжительность периода ледостава 50-150 дней, в наиболее суровые зимы увеличивается с юго-запада на северо-восток до 180 дней, а в теплые зимы сокращается до 20 дней.

В зимний период, в силу складывающихся новых гидравлических условий, вызванных образовавшимся ледяным покровом, уровни обычно бывают несколько выше летне-осенних. (приложение 8) Наиболее низкие уровни наблюдаются преимущественно в начале зимы (в ноябре - декабре). Затем, с увеличением мощности ледяного покрова они повышаются. Многолетняя амплитуда колебаний зимних уровней больше, чем летних меженных и составляет около 1,8 м, а на приустьевом участке достигает 2,5 м. Заторные явления не наблюдаются.

Для нижнего течения Дона характерны зимние паводки, возникающие при оттепелях.Наблюденные в створе у г. Калача наименьшие летние расходы достигали в 1907 г. - 90 м³/с, а в 1914 и 1939 гг. - 98 м³/с. Наименьшие зимние расходы обычно наблюдаются в феврале - марте. Самые низкие расходы наблюдались у г. Калача в 1892 г. - 65,5 м³/с, в 1907 - 69,5 м³/с, в 1891 г. - 76,5 м³/с, в 1937 г. - 80,0 м³/с.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Половодье в Ростовской области начинается в основном с февраля, а иногда с января месяца. Заканчивается в конце марта или в апреле с первой по вторую декаду. Анализ данных наблюдений за 2009-2014 гг. показал, что наиболее опасным был 2010 г. На формирование половодья оказывают влияние физико-географические и климатические условия, что сказывается на асинхронности наступления дат начала и конца половодья.

Весенний сток рек составляет большую часть годового стока. Статистический анализ рядов наблюдений за различными характеристиками водного режима выявил значительные изменения минимального и половодного стока рек бассейна при относительном постоянстве среднегодовых расходов воды.

Изменения характеристик весеннего половодья рек Донского бассейна также проявляются в смещении его сроков и продолжительности. Практически на всех постах наблюдается сдвиг даты начала половодья и максимального расхода воды на более ранние сроки, а также увеличение его продолжительности.

Зарегулированный сток рек контролирует выход воды из русла, тем самым предотвращая большой риск наводнений. Воды большинства рек во время половодья накапливаются в водохранилищах, тем самым уменьшая сток воды ниже плотин.



ЛИТЕРАТУРА

1. Гидрологическая изученность. Т. 7. Донской район.- Л., 1964

2. Киреева М.Б., Фролова Н.Л. Бессточные периоды на реках бассейна Дона // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2010. №4. С. 47-54.

3. Кузьмин П.П. Процесс таяния снежного покрова. - Л. Гидрометеоиздат, 1961. - 346 с.

4. Малые реки Донского ISBN978-5-9900692-3-7 С.В. Жукова В.М. Куропаткин Л.А

5. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Выпуск 13. Волгоградская, Ростовская, Астраханская области, Краснодарский, Ставропольский края, Калмыцкая, Кабардино-Балкарская, Чечено-Ингушская, Северо-Осетинская АССР. Гидрометеоиздат. 1990 г.

6. Пудовкин О.Л. Гидрология суши: реки. SPUBLER 2014

7. Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Т. 7 Донской регион. Л., 1967

8. Соколов А.А. "Гидрография СССР "Гидрометеоиздат, Л., 1952

9. atlas-yakutia.ru

10. http://www.gismeteo.ru

11. http://dpchs.donland.ru

12. http://po-rostovski.ru

13. http://gossmi.ru

14. http://www.sulinlib.ru

15. http://studopedia.net

16. http://rostov-region.ru

17. wikipedia.org

18. zvestnjk.wix.com

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Данные результатов снегосъемки 2009-2011 гг. (составлен автором)

Р-н	15.02.09	25.02.09	31.01.10	10.02.10	15.02.10	25.02.10	28.02.10	10.03.10	15.03.10	20.03.10	25.03.10
Высота снега (см)
Северо-восточный	1-8						Нет		Нет	1-4	Нет
Северный		4 - 18	11-22	3-29	2-23	1-4	1-3	8-13	4-12	Нет	Нет
Центральный		4 - 18	4-11	3-29	2-23	2-7	1-3	1-6	2-7	Нет	Нет
Южный		1 - 5			0-1		Нет	2-9	Нет	Нет	Нет
Юго-восточный			9-10	3-11		Нет	Нет	2-9	Нет	Нет	Нет
Приазовье			5-20	8-11	5-8	Нет	Нет	1-4	Нет	Нет	Нет
Снегозапас р. Дон, мм (в скобках указана норма)
До Калача	47 (49)	51(50)	51(42)	57(47)	60 (49)	63 (50)	63 (50)	78 (48)	83 (44)	91 (39)	44 (32)
До Цимлянская	42 (47)	47(48)	48(41)	54(46)	57 (47)	56 (46)	56 (46)	71 (45)	75 (43)	83 (36)	40 (29)
Толщина льда, см
Реки области	15	2-9		14-40	8-32	20-25		8-32
Цимлянское водохр.	33	28	34	41	46	45	45	30	26	25
Р-н	10.01.11	20.01.11	31.01.11	10.02.11	15.02.11	20.02.11	28.02.11	05.03.11	10.03.11	20.03.11
Высота снега (см)
Северный	0,5-11	11-18	13-36	2-28	7-29	15-29	4-25	13-23	8-20	7-8
Центральный			13-36	2-28	7-29	5-11	5-22	2-7	7	Нет
Южный	1-9									Нет
Юго-восточный		0,2	3-6	2-3	3-7	1-7	1-3	Нет	Нет	1
Приазовье				1	3-5	1-3	1-3	Нет	Нет	Нет
Ледяная корка (мм)
Северный					2-7	4-7
Центральный					7-10	6	4-9	1-3	2-9
Юго-восточный					9	4
Снегозапас р. Дон, мм (в скобках указана норма)
До Калача	24 (28)	36 (35)	54 (42)	62 (47)	79 (49)	78 (50)	77 (50)	77 (49)	75 (48)	64 (39)
До Цимлянска	22(27)	33 (34)	50 (41)	56 (46)	73(47)	72 (48)	70 (46)	70 (48)	68 (45)	57 (36)
Толщина льда, см
Реки области				6-29	8-32	6-32	7-40	10-45	12-45
Цимлянское водохр.	забереги	ледостав	13	21	23	26	36	42	47	43
р. Северский Донец у г. Белая Калитва		6	24
Нижний Дону			10-20			18-24	21-32	28-36	37	.



ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Комплексный график гидрометеорологических наблюдений, р. Северский Донец - г. Белая Калитва 2010 (составлен автором)

Размещено на Allbest.ru