Розрахункові періоди стоку

УДК 626.860

, к. т.н., доцент (Національний університет водного

господарства та природокористування, м. Рівне)

РОЗРАХУНКОВІ ПЕРІОДИ СТОКУ

Наведені результати дослідження можливості визначення початку посівного періоду в залежності від кліматичних факторів весни та інтенсивності осушення масивів. Пропонується метод визначення початку посівного періоду на розрахункових гідрографах стоку.

Results are given of studying the possibility to determine the beginning of the sowing period depending on the climatic factors and the intensiveness of massives drainage. The method is proposed for determining the beginning of sowing period by calculating run-off hydrographs.

Відправним пунктом гідрогеоекологічного аналізу умов використання земель сільськогосподарського призначення є встановлення розрахункових періодів стоку. В основу визначення розрахункових періодів покладаються агрокліматичні умови території та агротехнічні вимоги, які залежать від характеру використання земель.

Для визначення розрахункових періодів і витрат стоку використовують дані режимних спостережень (моніторинг) на гідрометеорологічних, гідрогеологічних та екологічних мережах.

Хронологічні режимні спостереження, які ведуться на протязі сонячних календарних років (тривалістю 365,25 днів від 1 січня до 31 грудня), не є досить зручними для аналізу. Тому при гідрологічних та гідрогеологічних розрахунків використовують інші цикли хронологічних спостережень та вводять поняття:

гідрологічний рік, тривалістю 365,25 днів від початку повені до початку наступної повені, дата початку гідрологічного року визначають наступним шляхом: за багаторічний період визначають середню дату початку щорічних повеней, яку заокруглюють до дати початку найближчого календарного місяцю.

гідрогеологічний рік, тривалістю 365,25 днів від закінчення літньої межені до закінчення наступної літньої межені, датою початку гідрогеологічного року в умовах України приймається 1 жовтня.

В Україні при проектуванні осушувальних та осушувально-зволожуючих систем в якості розрахункових періодів стоку для визначення розмірів водоприймальників та провідної мережі приймаються максимальний стік весняної повені, стік посівного періоду і стік літньо-осінніх паводків.

Більшість розрахункових періодів стоку досить чітко виділяються на гідрографах річкового стоку та на графіках режимних спостережень за рівнями ґрунтових вод (весняна повень, літньо-осінні паводки, літня та зимова межені), а деякі потребують для їх визначення спеціальних додаткових досліджень (початок посівного періоду).

При наявності багаторічних спеціальних агротехнічних досліджень оптимальних строків посівів на осушених землях встановлення дат початку посівного періоду не являють собою складності. Але такі спостереження проводяться лише за окремі роки на стокових та дослідних станціях, коло яких дуже обмежене, і для масових розрахунків їх кількість недостатня. Тому для визначення дат початку посівного періоду при гідрологічних розрахунках осушувально-зволожуючих систем використовують непрямі методи.

Існуючи непрямі методи визначення дат початку посівного періоду поділяються на дві групи. В першій групі методів початок посівного періоду встановлюється в залежності від метеорологічних характеристик весни. У другій – початок посівного періоду визначається на розрахункових гідрографах по зв’язку із характерними фазами повені (початком підйому повені або її піком тощо).

Метеорологічні методи визначення початку посівного періоду набули найбільшого поширення. Дата початку посівного періоду за допомогою цих методів визначається конкретно для кожного року.

В якості критеріїв, що визначають початок посівного періоду, приймались:

1. Дата досягнення на заданій глибині грунту фіксованої температури.

2. Дата сталого переходу через визначене значення середньодобових температур повітря.

3. Сума додатних середньодобових температур повітря, що накопичуються на дату посіву, рахуючи від дати:

· початку сніготанення (Хоммик, 1966);

· сходу снігового покрову (Ивицкий, 1938,1957; Закржевский, 1967);

· сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ (Янголь, 1940; Кубишкин, 1961; Антонов, 1974).

В практиці найбільшого поширення набули методи, що ґрунтуються на підрахунку сум додатних середньодобових температур повітря.

Слід зауважити, що найбільш коректним є метод у якому за початковий момент відліку сум прийнята дата сходу снігового покрову, оскільки після сходу снігу все тепло (сума додатних середньо добових температур повітря) витрачається лише на прогрівання та просихання грунту.

В умовах Українського Полісся зими характеризуються частими відлигами і несталими сніговим покривом, тому момент початку сніготанення, зважаючи на особливості кліматичних умов, практично не можливо зафіксувати і тому його використання у розрахунках початку посівного періоду не доцільне.

У минулому, в якості критеріїв настання посівного періоду, були запропоновані різні суми додатних середньодобових температур повітря:

· (1938, 1957) для всієї території Полісся рекомендував суму температур, що дорівнює 130˚, накопичених від дати сходу снігового покрову.

· (1967) провів дуже глибокий аналіз оптимальних дат посіву сільськогосподарських культур на дослідних станціях Білоруського Полісся і у залежності від норми осушення, запропонувався суми˚, накопичених від дати сходу снігового покрову.

· А. М Янголь (1940) для умов України пропонував суму 200˚, накопичених від дати сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚

Аналіз оптимальних дат посіву за даними Сарненської науково-дослідної станції та Косівської і Поліської дослідними станціями дозволив виявити наявність залежності між сумами додатних середньодобових температур повітря, накопиченими від дати сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ до оптимальної дати посіву, датами сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚. Суми температур на дату посіву в різні годи значно відрізняються одна від одної. Це означає, що прийняття якоїсь однієї суми температур в якості критерію настання посівного періоду було б дуже умовним.

Як витікає з дослідних даних, при дружній пізній весні, коли сніг сходить задовго до сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚, проведення посіву можливе вже при сумі температур 20 – 40˚. При накопиченні таких сум температур торф’яник відтаює звичайно на глибину порядку 10 –12 см, що дозволяє проводити посів по мерзло-відталому торф’яному грунту. В роки з суровими сніговими зимами без відлиг та наступною ранньою затяжною дощовою весною сума накопичених до дати посіву додатних середньодобових температур повітря сягає ˚ і більше.

Сума температур, що визначає посівну спілість грунтів, зв’язана також зі ступенем осушення земель. Досліди, що проведені на вищезгаданих станціях, показують, що на добре осушеному торфовому грунті (при рівнях ґрунтових вод у період посіву 45 – 60 см та в середньому за вегетацію 87 – 95 см від поверхні грунту) найбільш високі врожаї ранніх зернових забезпечуються при самому ранньому посіві, коли грунт відтає на глибину 10 см, що у роки проведення дослідів відповідало сумі середньодобових температур повітря˚.

При рівнях ґрунтових вод у період посіву 26 – 43 см і середньому за вегетацію 68 – 87 см від поверхні, найкращі результати отримані в більш пізні строки посіву при повному розтаванні грунту. Орієнтуючись на середні метеорологічні умови різних за характером зим та весен, були запропоновані наближені значення сум додатних температур, що визначають настання посівного періоду на інтенсивно осушених ділянках (табл. 1).

Таблиця 1

Суми додатних середньодобових температур повітря, що визначають

настання посівного періоду при інтенсивному осушенні

Характер зим та весен	Суми додатних середньодобових температур повітря, в градусах
Тепла малосніжна зима з наступною пізньою дружньою сухою весною	20 – 70
Сувора сніжна зима з ранньою затяжною дощовою весною
Середні умови	7

На менш осушених ділянках (з рівнем ґрунтових вод менших 40-50 см від поверхні грунту) сума додатних температур на початок посіву більше в середньому на 40-60˚.

Агрометеорологічні станції досліджуваної території знаходяться в одних і тих самих кліматичних умовах. Про це свідчать практично однакові дати сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ та у цілому метеорологічна обстановка в зимовий і весняний періоди.

По даним про оптимальні дати посіву і дати сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ були побудовані графіки зв’язку по 12 агрометеорологічних станціях району, що досліджується. При цьому за оптимальні дати посіву приймались дати посіву ранніх ярових зернових культур і ранніх овочів. Для усіх станцій були вирахувані значення коефіцієнтів кореляції, які свідчать про те, що зв’язок між датами посіву і датами сталого переходу середньодобових температур повітря весною через 0˚ є дуже тісним.

Для визначення дат посіву були складені рівняння прямої регресії, в яких дати посіву (Dc) і дати сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ (Dо) виражені у днях, від 1 лютого (табл. 2). Як видно з таблиці 2, значення коефіцієнтів регресії і постійного члена рівнянь досить близькі хоч дещо і відрізняються. Причиною цього є те, що строки посіву в окремі роки відхиляються від оптимальних дат і визначаються готовністю господарств до посівних робіт, крім того на строки посіву і характер сільськогосподарського використання осушуваних земель у зоні гідрологічного та гідрогеологічного впливу крупних водних об’єктів, значний вплив оказують величина і тривалість підтоплення масивів.

В зонах дії гідрогеологічного режиму крупних водних об’єктів, де можливе тривале підтоплення, осушені землі доцільно використовувати при мінімальних нормах осушення. При таких умовах початок посівного періоду запізнюється відносно дат, що визначені за формулою (1), на інтервал Δt. Інтервал запізнювання Δt є величиною змінною, що залежить від дати сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ (Dо).

Цю систему слід розглядати як до певної міри уніфіковану і в той же час, як відкриту, що може бути вдосконалена чи доповнена у процесі наступних досліджень відповідно до конкретних умов і поставлених задач.

Таблиця 2

Рівняння зв’язку між датами посіву (Dc) і датами сталого переходу

середньодобових температур повітря через 0˚ (Dо), значення коефіцієнтів кореляції і середньої похибки рівняння регресії для різних АМС

№№	Агрометеорологічні станції (АМС)	Рівняння зв’язку (регресії)	Коефіцієнт кореляції	Середня похибка, у днях
1	Дубно	Dc = 0,490Dо + 47,3	0.767	3,7
2	Житомир	Dc = 0,454Dо + 43,4	0.726	4,7
3	Ковель	Dc = 0,716Dо + 36,0	0.711	4,6
4	Любешів	Dc = 0,664Dо + 38,0	0.745	3,3
5	Новоград-Волин..	Dc = 0,732Dо + 31,0	0.910	3,7
6	Овруч	Dc = 0,530Dо + 42,1	0.945	1,1
7	Олевськ	Dc = 0,492Dо + 42,7	0.740	2,9
8	Рівне	Dc = 0,615Dо + 36,2	0.727	5,2
9	Сарни	Dc = 0,558Dо + 40,5	0.756	4,4
10	Світязь	Dc = 0,570Dо + 42,8	0.812	3,2
11	Фастів	Dc = 0,675Dо + 33,1	0.910	2,0
12	Чорнобиль	Dc = 0,710Dо + 34,2	0.770	4,8

Шляхом узагальнення параметрів рівнянь таблиці 2 отримано рівняння, що зв’язує дату початку посівного періоду (Dc) на землях з ефективним осушенням та датою сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ (Dо):

Dc = 0,595Dо + 40,6. (1)

За даними Сарненської дослідної станції, при ранніх датах початку весни (6...12 лютого) інтервал запізнювання Δt дорівнює 15...12 діб, при пізніх датах (8...10 квітня) – 6...5 діб. Для проміжних дат інтервал запізнювання Δt визначається за рівнянням:

Δt = 16,7 – 0,14Dо. (2)

Дата початку посівного періоду (D'c) при мінімальних нормах осушення таким чином визначиться як

D'с = Dc + Δt, або D'с = 0,455Dо + 57,3. (3)

Для кращої (більшої) оглядності та зручн ості аналізу побудуємо на одному рисунку лінію, що відповідає рівнянню (1), по якому визначаються дати початку посівного періоду Dc, та допоміжну лінію Dо = Dо, яка являє собою бісектрису кута DcОDо , де О – початкова точка осей абсцис ОDо та ординат ОDс, на яких відкладається кількість днів від 1 лютого до розрахункових дат Dо або Dс. Ординати, обмежені цими двома лініями, дорівнюють кількості днів від дати сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ (Dо) до дати початку посівного періоду Dс. Ці ординати або різницю (Dс – Dо) можна визначити аналітично:

(Dс – Dо) = (1) – ( Dо) = 0,595Dо + 40,6 – Dо = 40,6 – 0,405Dо. (4)

Кількості днів від дати сталого переходу середньодобових температур повітря через 0˚ (Dо) до дати початку посівного періоду (D'c) при мінімальних нормах осушення визначається різницею (D'с – Dо):

(D'с – Dо) = (3) – ( Dо) = 0,455Dо + 57,3– Dо = 57,3 – 0,545Dо. (5)

На розрахункових гідрографах стоку положення початку посівного періоду визначається тривалістю стояння витрат певної величини, яка впливає на характер і тривалість затоплення та підтоплення земел сільськогосподарського призначення.

При наявності даних спостережень над стоком використовують гідрографи реальних повеней. Дати початку посівного періоду наносяться на відповідні гідрографи, після чого аналізують хід кривих спаду у посівний період. За розрахунковий приймається гідрограф, для якого імовірність перевищення витрати посівного періоду відповідає розрахунковій забезпеченості посівного стоку, що прийнята для даного об’єкту.

(1969-2) у якості характеристики імовірності і тривалості стояння витрат посівного періоду пропонував використовувати узагальнений графік кривих забезпеченості стояння добових витрат.

При відсутності гідрометричних даних тривалість затоплення і підтоплення осушуваних земель можна визначати на основі типових, узагальнених або схематизованих гідрографів, які відбивають найбільш суттєві особливості їх форми. У цьому певна перевага таких гідрографів перед реальними гідрографами конкретного року. Але використання розрахункових гідрографів ускладнюється тим, що вони, на відміну від реальних гідрографів, не “прив’язані” до календарних дат. Для розрахункових гідрографів не відомі дати початку, піку і кінця повені, а відомі лише тривалість (кількість днів) підняття tп та спаду tс повені. Встановлення початку посівного періоду на таких гідрографах можливе по зв’язку с однією з характерних фаз повені: з початком підйому або з піком. Тобто, початок посівного періоду можна визначити як інтервал часу (у днях), що протікає або від піку повені до початку посіву – Z, або від початку повені до дати посіву – Z1.

Нами були визначені дати проходження весняних максимумів і дати початку посівного періоду на реальних гідрографах річок Північного Заходу України. Встановлено, що тривалість інтервалу часу від дати проходження піку весняної повені до дати посіву (Z) у різні роки змінюється у досить широких межах від 3...4 днів (1952, 1963 рр.) до 50...55 днів (1949, 1954, 1957 рр.). Приблизно у таких самих межах змінюється і величина Z1.

При дослідженні Z та Z1 встановлено, що на їх величину впливають наступні фактори: 1) гідрометеорологічні умови весни кожного конкретного року, 2) басейнові фактори (площа водозбору, лісистість, уклон річки). При цьому основну роль відіграє перша група факторів. Так, у різні роки для одного й того самого гідрометричного створу (вплив басейнових факторів виключається) величина інтервалів Z та Z1 змінюється відповідно у межах 3...60 та 8...66 днів. При чому більш раннім датам проходження повені відповідають більші значення інтервалів Z та Z1. При пізніх повенях ці інтервали скорочуються до мінімуму. Якщо ж виключити вплив гідрометеорологічних умов весни і розглядати зміни Z та Z1 в залежності від басейнових факторів, то для одного й того самого року різниця в значеннях Z та Z1 для різних річок складає 8...12 днів.

Аналізом встановлено, що існує зв’язок між датою проходження максимуму повені та інтервалом часу від піку до дати посіву Z. Аналогічний зв’язок існує між датою початку повені та інтервалом часу Z1.

Залежність змін Z та Z1 у від характеру весни є закономірною, так як чим пізніше настає повінь, тим інтенсивніше вона проходить. Крім того, в цей час відбувається більш інтенсивне наростання температур повітря та грунту, тобто відбувається більш прискорене достигання грунту до посіву.

Для кожного гідрометричного створу були побудовані графіки зв’язку між тривалістю інтервалів Z та Z1 та відповідно датою проходження піку (Dп) та датою початку повені (Dн). Коефіцієнти кореляції цих зв’язків досить високі (0,84...0,94). Отримані наступні рівняння, в яких дати проходження піку (Dп) та початку повені (Dн) виражені в кількості днів від 1 лютого:

Z = T – 0,64Dп, (6)

Z1 = T1 – 0,69Dн, (7)

де T та T1 – коефіцієнти, що залежать від довжини річки (L) в км:

, .

1. Антонов посевного периода при мелиорации земель Западного Полесья УССР. //Проблемы мелиорации Полесья ч. 2, Минск, 1970, с. 76-80. 2. Антонов начала посевного периода в условиях Правобережного Полесья Украины. //Реферативный журнал “Мелиорация” №10 , с.29. 3. Антонов ётные модули посевного стока Правобережного Полесья Украины. //Реферативный журнал “Мелиорация” №10 , с.30. 4. Антонов период и расчётные модули посевного стока в условиях Западного Полесья УССР. //Мелиорация переувлажнённых земель, Минск, 1974 г., с. 16-19. 5. Антонов оптимальных дат начала посевного периода. //Тезисы докладов конференции “Актуальные проблемы водохозяйственного строительства”, Ровно, 1980 г. 6. Антонов кривой спада весеннего половодья рек Припятского Полесья. //Сб.: “Проблемы рационального исползования водных ресурсов малых рек”, Казань, 1981, Татиздат. 7. Антонов критерии установления начала посевного периода при проектировании осушительных систем.// Исследования гидрометеорологического режима (влияние антропогенного воздействия на окружающую среду). Тезисы докладов Х Республиканской гидрометеорологической конференции, Вильнюс, 1983, с. 54. 8. Антонов формы кривой спада весеннего половодья рек северо-запада УССР в посевной период. //Тезисы док-ладов Республиканской н.-т. конференции “Повышение эффективности использования мелио-рированных земель”, Ровно, 1984 г. 9. Закржевский посевного периода при ме-лиорации болот Белоруссии. Труды БелНИИМиВХ, т. ХУ. Минск: Урожай, 1967. 10. Закржевс-кий посевного периода на расчетных гидрографах. Труды БелНИИМиВХ, т. ХУ11. Минск: Урожай, 1969-1. 11. Закржевський предпосевно-посевного расхода по связи с физико-географическими характеристиками водосбора. Труды БелНИИМ-иВХ, т. ХУ11. Минск: Урожай, 1969-2. 12. Ивицкий период и предпосев-нопосевной сток в условиях БССР. Труды ВНИИБХ, т.1. Минск: изд-во ВНИИБХ,1938. 13. Ивиц-кий достижения мелиоративной науки в области проектирования и расчётов осушительных систем в БССР. В сб. «Достижения мелиоративной науки в БССР». Минск, изд-во АН БССР,1958. 14. , , Пошка ётные модули стока для водоприёмников и отводящей сети. В сб. «Осушение болотных и заболоченных почв нечернозёмной зоны европейской части СССР». Минск: изд-во АСХН БССР, 1960. 15. Янголь осушения торфяных почв и её расчётные элементы. Труды УкрНИИГиМ, вып.70. Одесса: изд-во УкрНИИГиМ, 1940. 16. Янголь регулирование влажности при осушении. М.: Колос, 1970.