Материал: Федосеев, Иван Андреевич (1909-1998). Развитие гидрологии суши в России

вых вод. Основанием для исследования ливневого стока явились полученные наблюдениями гидрографы стока и данные о мест­

ных ливнях и поглощении воды почвами.

Сначала Долгов рассматривает так называемый «идеальный сток», т. е. сток, происходящий в бассейне с иеразмываемой по­ верхностью при дожде с постоянной средней интенсивностью io (у Долгова go), продолжительностью Т минут, без потерь на просачивание в почву и на испарение. При этом анализируется

случай, когда

гр ^шах

•> щГ

и

5>й,

где /щах—длина пути воды из самой отдаленной части бассейна,

V — средняя максимальная скорость движения воды по пути ^max , S — площадь стока, й — площадь бассейна.

Долгов выделяет следующие фазы ливневого стока (см. ри­ сунок) .

Фаза первая продолжительностью Tj — от начала ли­ вня до начала образования стока по поверхности земли непре­ рывным слоем после заполнения углублений и неровностей земли.

Для этой фазы площадь стока 5] = 0.

Фаза вторая продложительностью Тг — от начала обра­ зования стока непрерывным слоем до момента подхода к рас­ сматриваемому сечению вод из наиболее отдаленных частей бассейна, т. е. до начала полного стока. В момент начала второй фазы 52 = 0, в момент конца — 5= Q

Фаза третья продолжительностью Тз — фаза полного стора, когда ливневая вода стекает со всей площади бассейна,

247

т. е. когда S3 = £2. Приток воды к рассматриваемому сечению за время полного стока будет

<7тах = 1,953г0£2 куб. саж в секунду.

Фаза четвертая продолжительностью Т4 — фаза от

конца дождя до конца стока.

Далее Долгов рассматривает сток в природных условиях и прежде всего указывает на поглощение дождевой воды почвой, вследствие чего интенсивность ливня i уменьшается на интен­

сивность просачивания 6, причем как i, так и 6 изменяются по времени.

Относительно интенсивности ливней Долгов говорит, что, как показали наблюдения Пологовской дождемерной сети, в об­ щем контуре стока она изменяется в широких пределах от 0,5 до 6 мм в минуту. Долгов указывает, что для интенсивности ливня и инфильтрации следует принимать средние из перемен­ ных величин для промежутка времени, достаточного для того,

чтобы вода, выпавшая в наиболее удаленной части бассейна,

подошла к расматриваемому сечению.

Для периода полного стекания, когда 3 = й и формула при­ нимает вид

(?тах = 1,953 (г — 8) £2,

i и б определяются, как средние значения интенсивностей для времени Тз, определяемого условием:

^тах

т3 — ~ >

^8

где I max — наибольший путь стока до рассматриваемого створа, а г?3 — средняя скорость потока по пути I max за время Тз —

продолжительность фазы полного стока,-

Однако, продолжает Долгов, установить закон изменения

скорости потока по длине невозможно, а значит и нельзя теоре­ тически определить время стока и среднюю величину разности

интенсивностей ливня и инфильтрации. Следовательно, заклю­ чает Долгов, «остается путем непрерывных наблюдений над ко­ личеством воды, притекающей к выбранному сечению тальвега,

установить кривые расходов (гидрографы.— И. Ф.) и по ним

продолжительность максимальных значений расходов и время появления их» ".

99 Н. Е. Долгов. Основные положения теории стока ливневых вод. «Гидрологический вестник», 1916, № 1, стр. 30.

248

Далее, представляя формулу максимального расхода для

периода полного стока в виде

<?таХ = 1,9531 (1-4)^

ИЛИ

^тах — 1,953га£2,

где а — коэффициент стока за период полного стекания со всей площади бассейна, Долгов замечает, что последняя формула относится к бассейну с однообразными топографическими, поч­

венными и растительными условиями. Для того чтобы учесть разнообразие встречающихся в действительности этих условий,, формулу следует представить в общем виде:

*2max = 1,953га (1 Z) • (1 — т) • (1 — п) £1,

в которой коэффициенты I, т и п учитывают соответственно

топографические, почвенные и растительные условия бас­ сейна.

Относительно влияния на сток уклона скатов и тальвега Долгов отмечает, что это влияние «замечается только при рез­ ком изменении характера местности и становится неуловимым при наблюдениях в областях однообразных уклонов» 10°. Исходя из этого, он считает возможным принимать: для равнинной ме­ стности I < 1,0, для совершенно ровной 1~ 1,0 (с вычитанием в

обоих случаях I из единиц), для холмистой местности I = 0 и для гористой l + Z>l,0. Коэффициент т следует принимать для глинистых площадей равным нулю и для песчаных площа­ дей равным единице. Коэффициент п для смешанной травяной растительности принимается равным нулю, а для лесных и бо­ лотистых местностей он представляет некоторую правильную дробь.

Указывая на простоту построения своей формулы, Долгов пишет, что «путем непрерывных по времени на площади бас­ сейна наблюдений за количеством выпадающих осадков и се­

кундных расходов по тальвегу возможно определить для любой области главнейшие элементы стока г, a, Z, т, п, а по ним уста­ новить нормы стока в зависимости от климатических и топо­ графических условий каждой области, а также в зависимости от ее флоры и физических свойств почвы» 100101. Такие нормы и были установлены длительными наблюдениями Пологовской дожде­ мерной сети.

100 Там же, стр. 34.

101 Там же, стр. 37.

219

Модули максимального стока, или, по Долгову, напряжен­ ности стока, оказались в следующей зависимости с площадями бассейна:

о нормах максимального стока ливневых вод, Долгов уделяет в своем труде внимание ряду других важных задач инженерной

гидрологии, в частности задаче о влиянии на расход через от­

верстие аккумуляции воды перед сооружением.

Большая ценность работы Долгова состоит в том, что она

основана на материалах, полученных в результате длительных научно поставленных наблюдений за факторами стока в при­ родных условиях, что позволило Долгову впервые применить к изучению стока генетический подход. Труд Н. Е. Долгова явил­ ся крупнейшим вкладом в теоретическое и опытное исследова­ ние ливневого стока.

Кратко рассмотрим развитие методов расчета максималь­

ных расходов в мелиоративном деле. Необходимость в расчет­

ных нормах в мелиорации впервые возникла в связи с осуши­ тельными работами в Полесье и обводнительными мероприя­ тиями на юге России, которые проводились экспедициями И. И. Жилинского. Надо сказать, что в мелиорации осушитель­

ные каналы и водопропускные отверстия в плотинах рассчиты­ вали как на пропуск снеговых, так и на пропуск дождевых вод, а иногда исходили из среднегодового количества осадковПри осушении заболоченных площадей одной из основных расчетных величин является время, в течение которого должны быть отведены с осушаемой площади выпавшие осадки и кото­

рое определяется необходимой степенью осушения.

В проекте начатого в 1874 г. осушения болот Полесья модуль стока определялся исходя из требования отвода каналом сред­

него максимального за месяц количества дождевых осадков в течение 30 суток. Для Полесья эта величина была принята рав­ ной 127 мм, что при коэффициенте стока, равном единице, да­ вало модуль стока 7тах=0,53 л/сек с десятины.

250

На первом съезде инжеперов-гидротехников Отдела земель­ ных улучшений в 1909 г. по докладу Е. В. Оппокова для расчета

осушительных каналов были приняты нормы стока, равные 0,32 л/сек с 1 га для лугов и 0,65 л/сек с 1 га для полей. В ос­ нову этих норм было положено условие отведения в течение двух недель 36 мм осадков, что равно тройному среднему месяч­ ному стоку Днепра выше Киева (при среднемесячных осадках 50 мм и коэффициенте стока 0,24) .

Вопросу о расчетных нормах в осушении Е. В. Оппоков по­ святил в 1909 г. статью «О величине коэффициента стока на больших речных бассейнах, в связи с нормами для расчета осу­ шительных каналов».

В докладе И. А. Крогзема на втором съезде инженеров-гид­ ротехников в 1913 г. «О нормах стока для расчета осушитель­ ных каналов» нормы, принятые первым съездом, были подверг­ нуты критике прежде всего за их искусственность, а также за то, что в их основу были положены данные о стоке в бассейне с огромной площадью — более 350 тыс. км2. Поэтому было при­

знано вышеуказанные модули стока применять лишь при водо­

сборных площадях до 150 десятин, при больших же площадях

значительно уменьшать их.

В своем докладе Крогзем указывал на то, что, если водопро­ пускные сооружения должны рассчитываться на абсолютные максимумы (снеговые или ливневые), а каналы, отводящие воду с пахотных угодий, на средний расход во время весенних половодий, то осушительные каналы, большей частью проле­ гающие по сенокосным угодьям, следует рассчитывать на лет­ ние высокие и летние средние воды, соответствующие среднему расходу наибольших летних ливней и среднему расходу воды

за весь вегетационный период, каковой расчет был признан

съездом желательным.

Критически разобрав способы расчета, предложенные ино­ странными авторами, Крогзем признал неприменимость их для осушительной гидротехники в России, в том числе и формул Ишковского. Впрочем, формулы этого автора применялись у нас,

но, по-видимому, отнюдь не столь широко, и поэтому нельзя

согласиться с Д. Л. Соколовским, который считает, что у нас

в расчетах максимального стока, «как и в расчетах среднего

стока, господствовала в части дождевых максимумов формула Ишковского, которая ставила величину максимума в зависи­ мость от годовой суммы осадков» 102.

Г. И. Тарловский в докладе на втором съезде инжеперовгидротехников, приведя формулу Ишковского для максималь­

102 Д. Л. Соколовски й. Д. И. Кочерин и его роль в развитии ■советской гидрологии. «Метеорология и гидрология», 1949, № 1.

251

ных расходов, о таблицах к этой формуле сказал, что они мало у нас известны.

Гидрологический расчет осушительных каналов рассмотрен в

вышедшем в 1916 г. труде А. Н. Костикова «Основные элементы расчета осушительных систем». Костяков считает, что, какими

бы видами угодий ни была занята осушаемая площадь, прово­ дящие воду каналы должны быть рассчитаны на пропуск сред­ него наибольшего стока (снегового или ливневого) и притом в течение такого срока, который допустим без вреда по условиям

сельскохозяйственного использования осушаемой площади. Ко­

стяков подчеркивает необходимость организации систематиче­ ских многолетних наблюдений за стоком с осушаемых площа­ дей различной степени канализации. Поскольку же, говорит он, такие наблюдения только начинаются, придется, пока не будут

получены устойчивые данные о режиме стока, вычислять мо­

дуль стока теоретическим путем. Обычно при таких вычисле­

ниях, указывает Костяков, определенное за известный промежу­ ток времени количество осадков h, умноженное на коэффициент стока, должно быть отведено с осушаемой площади в течение определенного числа дней.

Однако большинство авторов, замечает он, произвольно вы­ бирают расчетные значения h и t, причем ни то, ни другое не сообразуется с сельскохозяйственными условиями осушаемой

площади. Приступая к построению расчетной формулы, Костя­

ков ставит условие, что среднее для месяца суточное количе­

При этом расчет пропускной способности каналов должен быть произведен на большую величину из двух: суточной интен­ сивности снеготаяния ро и средней наибольшей суточной интен­ сивности летних осадков р. Следовательно, если интенсивность снеготаяния ро окажется больше р, то в формулу следует под­ ставлять ро. Ввиду сложности вопроса о выборе значения пока­ зателя корня х, А. Н. Костяков указывал, что его формула мо­ жет считаться лишь первым приближением.

В заключение нашего очерка истории развития методов рас­ чета ливневых вод остановимся на вопросе о природе явления

252