Для оценки зимнего режима реки необходимо иметь следующие: основные характеристики, используемые при проектировании ГЭС:
- Ранние, средние и поздние даты начала весеннего ледохода,, очищения реки от льда, начала осеннего ледохода и начала ледостава.
- Продолжительность весеннего и осеннего ледоходов и периода, свободного от льда, в днях.
- Толщину льда, максимальную за многолетний период и среднюю по месяцам.
При наличии достаточно длительного периода наблюдений указанные характеристики получаются непосредственно по результатам этих наблюдений. В частности, даты наступления весеннего ледохода, очищения реки от льда, начала осеннего ледохода и начала ледостава определяются из таблиц колебаний ежедневных уровней воды в реке, в которых указываются соответствующие фазы ледового режима. Для этого используются годовые таблицы ежедневных уровней за многолетний период и в результате их анализа определяются ранние, средние и поздние даты наступления ледовых явлений.
По годовым таблицам ежедневных уровней устанавливается также средняя, наибольшая и наименьшая продолжительность весеннего и осеннего ледоходов и периода, свободного от льда. Эти данные для. каждого года сводятся в таблицу основных характеристик ледовых, явлений (табл. 9).
Определение продолжительности ледовых явлений производят по следующим датам: продолжительность весеннего ледохода принимается· по разности дат начала весеннего ледохода и дат полного очищения реки от льда; период свободного от льда русла считается от момента очищения реки от льда весной до первого появления сала или заберегов; продолжительность осеннего ледохода считается от момента первого появления сала или заберегов до начала ледостава; продолжительность ледостава определяется по разности дат наступления; ледостава и начала весеннего ледохода. Помимо указанных характеристик, для качественной оценки ледового режима реки выясняются условия, сопутствующие тому или иному явлению. Так, например, для оценки характера ледохода определяется его интенсивность, максимальные размеры льдин, отмечаются образования заторов льда, навалы льда на берега и т. п. При осеннем ледоходе отмечаются образования шуги и донного льда, места их скопления и другие характерные особенности. Толщина ледяного покрова определяется по данным наблюдений; при этом устанавливается максимальная толщина льда и средняя по месяцам за многолетний период.
При недостатке материалов наблюдений в рассматриваемом створе или при их отсутствии даты наступления и продолжительность ледовых явлений устанавливаются по данным, имеющимся для рек-аналогов, или путем использования карт изолиний.
Таблица 9
Даты наступления и продолжительности ледовых явлений на р. Шелони у д. Заполье 1
1 Период наблюдений в целях сокращения объема таблицы приведен неполностью.
В качестве аналогов выбирают соседние реки, расположенные в одинаковых физико-географических условиях, а также участки рассматриваемой реки, для которых имеются материалы наблюдений.
Характеристики ледового режима, определяемые по картам изолиний, сопоставляются с характеристиками для рек-аналогов, и данные, полученные в результате анализа, используются для дальнейших расчетов.
На рис. 5—7 представлены средние многолетние изохроны начала весеннего ледохода на реках, средние многолетние изохроны наступления осеннего ледостава и карта изолиний средней многолетней максимальной толщины льда на реках Европейской территории СССР.
Даты наступления весеннего ледохода, осеннего ледостава или толщины льда в рассматриваемом створе реки определяются путем интерполяции ближайших значений изолиний.
Рис. 5. Средние многолетние изохроны начала весеннего ледохода на реках.
1 — изохроны начала весеннего ледохода на реках, 2 — изохроны перехода температуры воздуха через 0°.
Толщина ледяного покрова может быть определена также по эмпирическим формулам с использованием метеорологических данных. Имеющиеся эмпирические формулы для определения толщины льда основаны на учете влияния температуры воздуха на образование ледяного покрова. Другие факторы, влияющие на процесс ледообразования: толщина снежного покрова, скорости течения воды и дополнительные режимные особенности в месте образования ледяного покрова, этими формулами не учитываются.
В силу этого результаты вычислений по эмпирическим формулам являются приемлемыми лишь для тех районов, для которых эти формулы были предложены.
Так, Ф. И. Быдиным на основании материалов наблюдений на р. Свири установлена следующая зависимость между толщиной льда и температурой воздуха:
(1) Е=φ√∑t,
Рис. 6. Средние многолетние изохроны наступления осеннего ледостава.
где Е— толщина льда в сантиметрах на конец расчетного периода, φ — коэффициент, зависящий от местных естественных условий, Σt — сумма отрицательных температур воздуха за период образования льда толщиной Е.
Для р. Свири автором формулы получено значение φ=2 при использовании в расчетах среднесуточных температур воздуха. При использовании в формуле среднемесячных температур значение коэффициента φ в формуле оказалось равным 11.
Рис. 7. Карта изолиний средней многолетней максимальной толщины льда (в сантиметрах) для рек СССР.
Среднемесячная температура воздуха за многолетний период принята по наблюдениям на метеостанции Шелонь (в устье р. Шелони). По данным наблюдений на р. Шелони, в 4 км выше створа ГЭС наибольшая измеренная толщина льда за 14 лет оказалась равной 90 см, наименьшая из максимальных за этот же период равна 27 см. Средняя многолетняя максимальная толщина льда данного района, определенная по карте изолиний, равна 55 см.
Сопоставление полученных результатов показывает, что средняя многолетняя максимальная толщина льда оказалась одинаковой при вычислении ее по эмпирической формуле и по карте изолиний. На основе этого можно полагать, что и помесячное нарастание толщины ледяного покрова, вычисленное по формуле Быдина, будет близко к действительному.
