Прогнозы режима рек и водоемов представляют большой интерес для ряда отраслей народного хозяйства – энергетики, речного транспорта, городского хозяйства и т.д. Такие прогнозы составляются для всей страны Гидрометцентром СССР и для отдельных регионов – местными управлениями Госкомгидромета.
По своему содержанию гидрологические прогнозы делятся на прогнозы водного режима (т.е. стока, расходов и уровней воды) и на прогнозы ледовых явлений (сроков появления льда, замерзания, толщины льда, сроков вскрытия). За последние 10-15 лет стали также составляться прогнозы русловых переформирований в реках.
По степени заблаговременности прогнозы делятся на долгосрочные и краткосрочные. В гидрологии к долгосрочным относятся прогнозы с заблаговременностью более 15 сут. Прогнозы с меньшей заблаговременностью считаются краткосрочными.
Ниже коротко остановимся на долгосрочных прогнозах снегового весеннего половодья и на краткосрочных прогнозах уровней воды в реках.
Прогноз половодья складывается из прогноза объема стока за время половодья и прогноза максимальных расходов. Исходными данными для прогноза объема стока служат: сведения о запасе влаги в снеговом покрове к концу зимы, сведения о запасах влаги в грунте к моменту перехода температуры через 0° предшествующей осенью и метеорологический долгосрочный прогноз осадков на период снеготаяния и половодья.
Определение запаса влаги в снеговом; покрове делается на основе снегомерных съемок. Такие съемки по фиксированным в каждом бассейне маршрутам производятся периодически в течение всей зимы. При ручном способе снегомерной съемки в ряде точек на каждом маршруте определяется толщина снегового покрова и его плотность. Произведение толщины снегового покрова на его плотность дает массу заключенной в снеге влаги на единицу площади. Полученные данные осредняются по площади бассейна. В настоящее время в производство снегомерных съемок внедряется метод регистрации естественного гамма-излучения земной поверхности. Снег ослабляет естественное гамма-излучение по показательному закону. Интенсивность гамма-излучения при снеговом покрове, содержащем s, кг/м2, влаги,
, (93)
где: I0 – интенсивность гамма-излучения почвы;
a – коэффициент ослабления радиации.
Детектор гамма-излучения устанавливается на самолете. Облет фиксированного маршрута перед появлением снегового покрова дает распределение по длине маршрута интенсивности I0. Облет при наличии снегового покрова дает распределение интенсивности I. Уравнение (93) позволяет после этого вычислить величину s (коэффициент ослабления a для воды известен).
Влага, содержащаяся осенью в поверхностном слое грунта (толщиной 0,5-1,0 м), с наступлением отрицательных температур замерзает и поэтому содержание влаги в этом слое в прогнозах снегового половодья именуется льдистостью грунта. Инфильтрация воды в грунт, во время снеготаяния связана со льдистостью грунта обратной зависимостью: чем больше льдистость, тем меньше инфильтрация, и значит тем больше поверхностный сток, формирующий половодье. Связь между потерями воды на инфильтрацию и льдистостью грунта устанавливается в каждом бассейне эмпирическим путем. Наблюдения над увлажненностью грунта ведутся агрометеорологическими станциями.
Опуская второстепенные члены баланса воды в бассейне за время половодья, можно написать следующие выражения для объема половодья:
, (94)
где: Vпол – объем влаги в снеговом покрове бассейна на конец зимы;
Vин – объем потерь воды на инфильтрацию;
Vос – объем осадков за время снеготаяния и половодья.
Наиболее надежно в правой части уравнения (94) определяется первый член – запас влаги в снеговом покрове. Погрешности прогноза по уравнению (94) чаще всего обусловлены ошибками в оценке объема инфильтрации.
Максимальный расход половодья устанавливается с помощью графика приближенной связи максимальных расходов с объемами половодий, который строится по данным наблюдений над стоком за предшествующие годы. Располагая величиной максимального расхода, легко с помощью кривой расходов предсказать максимальный уровень.