Реки Ленского бассейна используются в различных хозяйственных целях, в том числе выполняют важнейшие задачи по пассажиро- и грузоперевозкам. При этом для северных районов бассейна характерна труднодоступность автомобильного и железнодорожного транспорта, что усиливает важное социально-экономическое значение водного транспорта. Главным судоходным путем в бассейне является сама река Лена, по которой завозят большинство грузов, в том числе и в северные районы (через полярные моря и реки их бассейнов).
Средняя продолжительность навигационного периода судоходных рек рассматриваемой территории колеблется от 100 на крайнем северо-востоке до 160 дней на крайнем юго-западе. На востоке продолжительность навигационного периода в среднем равна 140 дням [1].
Наибольшие уровни воды на реках бассейна Лены проходят в начале навигации на спаде половодья, после чего может наступать длительный маловодный период с низкими уровнями воды. Русло реки при этом осложнено перекатами, в результате чего в маловодные периоды уровни воды опускаются ниже проектных отметок, и судоходство становится неосуществимо [1]. В результате этого период фактической навигации может сокращаться до 30-40 дней. Прерываться маловодные периоды могут либо попусками из водохранилищ, либо дождевыми паводками. Судоходные попуски даются, как правило, в начале навигационного периода, после чего критическую роль начинают играть именно дождевые паводки. Их может проходить до 2-6 за сезон, а их объем составлять до 30% стока рек [3]. Дождевые паводки могут обеспечивать достаточные для движения судов глубины в течение 3-25 суток.
Сложные гидрологический и русловой режимы рек Ленского бассейна, регулирование стока рек водохранилищами (каскад Вилюйских ГЭС), не учитывающее потребности водного транспорта, создают серьезные затруднения для судоходства, ограничивают продолжительность навигационного периода, усугубляя и без того его кратковременность в условиях сурового климата северо-востока страны.
Для наиболее эффективного использования для нужд судоходства дождевых паводков необходимы методики расчета и прогноза, позволяющие с достаточной заблаговременностью и надежностью определять даты наступления и продолжительность периодов повышений уровней воды, связанных с прохождением паводков. Работа по составлению подобных методик была проделана в конце 1980-х годов на географическом факультете МГУ под руководством А.В. Христофорова. Ее результатом стала методика прогноза уровней и расходов воды в летне-осенний период для рек Ленского бассейна [2]. Предлагаемая методика основана на статистическом описании закономерностей передвижения водных масс в русловой сети и истощения русловых запасов. Эта методика включает в себя расчет гарантированной продолжительности спада уровней воды до проектной отметки в период открытого русла. Методика позволяет определять минимальное время, в течение которого на определенном участке реки могут быть обеспечены необходимые для судоходства условия (уровни воды выше проектного). Расчет гарантированной продолжительности спада уровней воды может осуществляться непосредственно на судах по данным о текущих отметках уровней воды на гидрометрических постах. В настоящей работе для основных судоходных рек бассейна Лены было проведено уточнение и дополнение разработанной ранее методики на основе использования современных данных наблюдений за водным режимом рек.
При реализации методики расчета гарантированной продолжительности спада уровней воды использовались среднесуточные данные об уровнях и расходах воды, взятые из гидрологических ежегодников за период с 2005 по 2013 гг. В 2013 году в бассейне реки Лена действовало 106 постов, 36 из которых были отобраны для работы. Отобранные для работы посты находятся на основных судоходных участках рек Лена, Алдан, Вилюй, Олёкма, Амга, Мая и Чара. Поскольку судоходство на реках осуществляется в теплый период года после прохождения половодья, для построения методик был выбран период с мая по октябрь.
Гарантированные кривые спада предназначены для описания спада расходов и уровней воды после прохождения пика половодья или паводка в условиях, когда этот спад протекает с максимально возможной для данного створа интенсивностью [2]. Кривые спада позволяют предсказать минимально возможную продолжительность спада уровня до заданной проектной отметки, т.е. предсказать период, в течение которого будут наблюдаться нужные для судоходства глубины [4, 5].
Гарантированная продолжительность спада уровня воды TП с отметки Н до любой заданной, например, проектной отметки HП находится из уравнения кривой спада уровней воды, которая носит экспоненциальный характер, и рассчитывается по формуле:
(1)
где H0 – постоянный для каждого створа параметр, представляющий собой уровень воды, соответствующий минимальному расходу в летне-осенний период; параметр a индивидуален для каждого паводка и определяется интенсивностью его спада. Для того, чтобы формула (1) определяла гарантированную продолжительность спада с заданной, например, 90%-ной обеспеченностью, в данную формулу надо подставить минимально возможное значение параметра а, соответствующее той же обеспеченности, например, 90%.
Результаты расчетов гарантированной продолжительности спада уровней воды до заданной проектной отметки на основных судоходных участках рек Ленского бассейна представлены в таблице 1. В таблице помещены расчетные значения параметров а и Н0, а также число использовавшихся кривых спада N, проектный уровень HП и надежность Р рассчитанной гарантированной продолжительности спада уровней.
Таблица 1.
Расчетные характеристики гарантированной продолжительности спада уровней воды до проектной отметки на судоходных участках рек Ленского бассейна
| Река | Пункт | N | Hп, см | H0, см | a | P, % |
| Лена | р.п. Пеледуй | 323 | 175 | 50 | 8,5 | 91 |
| Лена | г.п. Крестовский | 338 | 105 | -50 | 9 | 96 |
| Лена | с. Нюя | 362 | 70 | -55 | 5,5 | 91 |
| Лена | с. Мача | 345 | 60 | -40 | 7,5 | 91 |
| Лена | г. Олекминск | 345 | 60 | -70 | 8,5 | 91 |
| Лена | пос. Хатынг-Тумул | 365 | 40 | -70 | 8,8 | 90 |
| Лена | г. Саныяхтат | 369 | 190 | 50 | 8,5 | 91 |
| Лена | г. Покровск | 292 | 125 | 20 | 7,7 | 90 |
| Лена | г. Якутск | 306 | -115 | -260 | 8 | 92 |
| Лена | р.п. Кангалассы | 303 | 120 | -30 | 8,5 | 90 |
| Лена | р.п. Сангар | 304 | 220 | 70 | 10 | 91 |
| Лена | с. Жиганск | 320 | 70 | -220 | 12,6 | 90 |
| Лена | гм.ст. Джарджан | 322 | 310 | 50 | 11,4 | 91 |
| Лена | с. Кюсюр | 348 | 490 | 150 | 11,4 | 92 |
| Олёкма | гм.ст. Джекэмедэ | 344 | 290 | 150 | 4,8 | 92 |
| Олёкма | с. Куду-Куель | 331 | 280 | 70 | 6 | 91 |
| Чара | с. Токко | 160 | 260 | 150 | 4,8 | 91 |
| Алдан | г. Суон-Тит | 304 | 130 | 90 | 3,6 | 93 |
| Алдан | с. Угино | 337 | 130 | 10 | 5 | 91 |
| Алдан | с. Чагда | 312 | 480 | 110 | 9 | 95 |
| Алдан | с. Чаран | 340 | 245 | 55 | 10 | 92 |
| Алдан | р.п. Эльдикан | 334 | 310 | 0 | 10 | 92 |
| Алдан | с. Крест-Хальджай | 263 | 60 | -100 | 7,7 | 90 |
| Алдан | с. Охотский перевоз | 300 | 170 | -45 | 9 | 92 |
| Алдан | г. Томмот | 284 | 130 | 35 | 5 | 92 |
| Алдан | с. Верхоянский перевоз | 311 | 270 | 65 | 9 | 93 |
| Мая | пос. Нелькан | 183 | 125 | 40 | 4,9 | 92 |
| Мая | с. Аим | 184 | 245 | 127 | 5 | 93 |
| Мая | пос. Усть-Юдома | 249 | 310 | 130 | 5,8 | 91 |
| Мая | с. Чабда | 269 | 185 | -20 | 7,5 | 92 |
| Амга | с. Амга | 255 | 25 | -45 | 5 | 93 |
| Амга |
с. Терют |
246 | 65 | 5 | 5,2 | 91 |
| Вилюй | пос. Хатырык-Хомо | 215 | 310 | 60 | 9 | 92 |
| Вилюй | пос. Нюрба | 212 | 120 | -35 | 5,6 | 94 |
| Вилюй | пос. Верхневилюйск | 274 | 200 | 5 | 8,8 | 92 |
| Вилюй | г. Вилюйск | 249 | 100 | -65 | 7,7 | 90 |
Расчеты TП(Н) могут производиться по формуле (1) с использованием параметров из таблицы 1. Например, если в створе р. Вилюй – г. Вилюйск наблюдается уровень воды Н = 400 см, то можно гарантировать, что до отметки проектного уровня TП = 100 см вода спадет не раньше, чем через 8 суток. При произвольном уровне воды для данного створа гарантированную продолжительность спада следует рассчитывать по формуле, которая при H0 = -65 см и а = 7,7 приобретает вид TП(Н) = 7,7 ln((Н+65)/165). Следует иметь в виду, что реальная продолжительность падения будет, скорее всего, значительно больше. Падения до проектной отметки может и не произойти, если за время спада пройдет еще один паводок на главной реке или на каком-то из ее значительных притоков. Подобный расчет следует производить постоянно, по мере поступления информации об изменении уровня воды.
Эффективность использования методики расчета гарантированной продолжительности спада уровней воды после прохождения паводочных пиков или волн попуска из вышерасположенных водохранилищ может быть существенно повышена, если ее использовать в сочетании с прогнозированием этих паводков. Совместное использование методик расчета и прогноза уровней и расходов воды при этом позволит с достаточной заблаговременностью и надежностью определять длительность периода, в течение которого возможен безопасный проход судов по судоходным участкам рек Ленского бассейна.
Список литературы:
- Водные пути бассейна Лены. Под ред. Р.С. Чалова, В.М. Панченко, С.Я. Зернова. – М.: МИКИС, 1995. – 600 с.
- Отчет по научно-исследовательской работе «Разработка методов расчетов и прогнозов водного режима судоходных рек Ленского бассейна в период навигации, рекомендаций по их использованию на водных путях для организации перевозок», выполненный по договору №37/89 с Якутским производственным объединением водных путей. Сост. А.В. Христофоров. Рукопись. – М.: Изд-во МГУ, 1991.
- Ресурсы поверхностных вод СССР. Том 17, Лено-Индигирский район. Ленинград, 1972.
- Христофоров А.В., Юмина Н.М., Антохина Е.Н., Гармаев Е.Ж., Кириллов А.В. Расчеты и прогнозы уровней воды на судоходных реках в период навигации // Водное хозяйство России. – 2005.–Т.7.–№1.–с.21-33.
- Христофоров А.В., Юмина Н.М., Кириллов А.В. Расчет гарантированной продолжительности спада уровней воды на судоходных реках в период навигации. В кн.: Эрозия почв и русловые процессы. – М.: изд-во МГУ, 2005. – с. 218–230.[schema type=»book» name=»РАСЧЕТЫ УРОВНЕЙ ВОДЫ НА СУДОХОДНЫХ УЧАСТКАХ РЕК ЛЕНСКОГО БАССЕЙНА» description=»Речной транспорт в северо-восточных регионах России до сих пор остается основным связующим звеном всей транспортной системы, поэтому роль водных путей, обеспечивающих его бесперебойную работу, чрезвычайно велика. В связи с этим наиболее важными и актуальными задачами здесь становятся возможность продления навигационного периода и повышение надежности работы речного транспорта. Разработка и применение методик расчета уровней воды в период навигации на основе использования современных данных наблюдений за водным режимом рек являются особенно актуальными для судоходных участков рек бассейна Лены, где речной транспорт остается главным видом путей сообщения.» author=»Юмина Наталья Михайловна, Турмачев Никита Алексеевич» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-09″ edition=»euroasia-science.ru_#29_25.08.2016″ ebook=»yes» ]