гл. ас. д-р инж. Силвия Кирилова - УАСГ ХИДРОЛОЖКИ АНАЛИЗ НА СРЕДНОМНОГОГОДИШНИЯ ОТТОК НА Р. ВЪРБИЦА HYDROLOGICAL ANALYSIS OF THE AVERAGEDISCHARGE OF VARBITCHA RIVER Assistant professor Silvia Kirilova, Phd UACG Summary: The Varbitcha River or called more The Syutliya River is a river situated at the region of southern Bulgaria, The watershed of the river is a part of the total catchment area of the Arda River, where the Arda cascade has been organized, consisting of the Kardzhali dam, the Studen Kladenets dam and the Ivailovgrad dam. The Varbitsa River flows into the main stream of the river Arda at the part of river bed where the second stage of the cascade is organized - near the tail of the Studen Kladenets dam. The Varbitcha River is the longest and most deepwater tributary of the Arda River basin. River Varbitcha is alsothe main contribution to the formation of the Arda river flow. From this point of view, it isinterest scientifically to determine the parameters of the annual runoff of the Varbitsa river, which is the main tributary of the Studen Kladenets dam. ХИДРОГРАФСКИ ХАРАКТЕРИСТИКИ Водосборният басейн на река Върбица заема около 23 % от общия водосбор на р. Арда до вливането йвяз. Студент Кладенец. Реката има площ от 1203 km 2 и средна надморска височина от 580 m. В горното си течение река Върбица се образува от сливането на двете съставящи я реки Голяма река и Малка река в центъра на град Златоград. За начало се приема Голяма река с десния си приток река Ерма, която води началото си от Ардински дял на Западните Родопи, от северното подножие на граничния връх Мъргазян (1346 m). Левия приток на р. Голяма е р. Еюдюрска извираща от найвисокия връх Бучовица (1406,8 m) от Ардински дял на Западните Родопи. След сливането на двете реки се образува река Голяма, течаща в югоизточна посока до Златоград в тясна и дълбока долина, гъсто обрасла с широколистни гори. В центъра на Златоград приема отдясно Малка река (Аламовска река) и двете заедно дават началото на същинската река Върбица. След Златоград долината на Върбица се разширява, става по-слабо залесена и с множество меандри. В района на село Крилатица, община Кирково реката завива на север и запазва тази си посока до устието си, като долината и` става много широка. Влива се отдясно в река Арда (в язовир Студен Кладенец ), на 220 m н.в., в района на село Соколско, община Кърджали. На Фиг. 1 е показан водосборния басейн на р. Върбица до вливането й в яз. Студен Кладенец, а в Таблица 1 са дадени основните орографски характеристики на водосбора на р. Върбица, определен на основата на картен материал в М 1:25 000 в среда на ГИС. 24
Фиг. 1. Релефно изображение на водосборения басейн на р. Върбица до вливането й в яз. Студен Кладенец Таблица 1. Основни орохидрографски характеристики на водосбора на р. Върбица ХИДРОЛОГИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ Хидроложка изученост на изследвания район Във водосбора на на р. Върбица са разположени две хидрометрични станции от Националната опорна мониторингова мрежа на НИМХ - станция 312/61500 на р. Върбица при сп. Джебел и 313/61450 на р. Върбица при с. Върли дол [1]. ХМС 312/61500 е открита през 1936 г. с кота 0 на водочета 228,08 m. Измерванията се извършват с лимниграф. ХМС 313/61450 е открита през 1951 г. с кота 0 на водочета 292,22 m. измерванията в станцията се извършват режимно, т.е. с рейка. Хидрометричните станции са с достатъчно дълъг период на провеждани наблюдения и измервания върху оттока, не са закривани, нямат прекъсвания, които да създават предпоставки за нарушаване на информационната еднородност на набираните данни и работят и към момента. 25
Таблица 2. Основни хидрографски характеристики на р. Върбица към ХМС 312 и ХМС 313 Характеристики на годишния отток Един от основните параметри на годишния отток, ползван при редица хидроложки изследвания е средномногогодишната стойност на оттока или, както е прието да се нарича норма на оттока, ползван като основна негова характеристика при оценката на водните ресурси към определен створ на изследваната река. Средномногогодишната стойност на оттока основно се изразява като : - средномногогодишно водно количество - Q [m 3 /s]; - средномногогодишен обем на оттока - W [m 3 ] ; - модул на средномногогодишния отток - М [l/s.km 2 ]. За изясняване размера на средномногогодишната стойност на оттока на р. Върбица към створ заустване на реката в яз. Студен Кладенец са използвани преките наблюдения и измервания на годишния отток в наличните хидрометрични станции в изследвания водосбор ХМС 312 и ХМС 313. Набираната в тях хидрометрична информация, отразява действителните изменения в поведението на оттока за близо 78 години, което представлява надеждна основа при определяне на основните многогодишни характеристики на годишния отток. Разположението на ХМС 312 - в долното течение на река Върбица, под ХМС 313, дава възможност тя изцяло да регистрира особеностите в колебанията на оттока в рамките на изследвания водосбор. Створът, предмет на настоящото изследване е разположен в непосредствена близост след пункта на ХМС 312 при сп. Джебел. Разликата между водосборните площи при изследвания створ и тази при створ ХМС 312 на фона общата водосборна площ на р. Върбица от 1203 km 2 е почти незначителна, само 54 km 2 или 4,5 %. Това дава основание наблюдаваните стойности на хидрометричните параметри в станция 312 да могат с достатъчна точност да се приемат за определящи при оценката на параметрите на годишния отток към изследвания створ от поречието на р. Върбица, а тяхното прецизиране е базирано на използването на математичен подход, основаващ се на линейната интерполация при изчисляване на параметрите на годишния отток. Определяне хидроложките параметри на оттока към створ заустване на река Върбица в яз. Студен Кладенец. За определяне параметрите на годишния отток към изследвания пункт е използвана следната методическа последователност [2]: - Анализ на хронологичния ред от средногодишни стойности на оттока при станция 312; Направен е анализ на наличната хидрометрична информация на данните от хидрометричната станция, който дава основание изчислителните процедури, при определянето на параметрите на оттока в годишен аспект да се ползва хидроложка редица от 78 годишен период от средномесечни и средногодишни стойности на оттока, т.е. от 1937 до 2014 година. - Оценка на представителността на хидроложкия ред по отношение на цикличността; Проведено е изследване за представителност по отношение на цикличност на 78-годишната редица от средногодишни стойности на оттока чрез метода на сумарната крива на отклоненията и показва, че съществува един завършен хидроложки цикъл през периода на функционирането на хидрометрична станция 312 - Фиг. 2. Цикълът съдържа в 26
себе си фаза на пълноводие, обхващаща периода 1951-1981 г. и фаза на маловодие, наблюдаващ се в периода от 1981 до 2004г. Фиг. 2. Сумарна линия на модулните разлики на годишния отток към ХМС 312 - Анализ на хидроложкия ред за еднородност: Направен е анализ за еднородност по критерия на Wilcoxon с помощта на програмния продукт HYFRAN PLUS [4] за избрания период. Резултата от теста показва че реда от средногодишни стойности е хомогенен при 5 % доверителна вероятност; - Определяне на статистическите параметри на годишния отток към ХМС 312 чрез софтуерния пакет HYFRAN PLUS : Приет е изчислителен период на хидроложкия ред от средно годишни водни количества от 1951 до 2004 г. за ХМС 312. Емпиричните точки на наблюдаваните водни количества са получени чрез използването на емпиричната формула на Чегодаев: (1) За апроксимация на емпиричните разпределения е приет препоръчаният от проф. Мандаджиев [3] подход, като най-подходящ за условията на нашата страна теоретичен модел на разпределение Пирсон III-тип, чрез който е построена теоретичната крива на обезпеченост с граници на доверителна вероятност от 95 % обезпеченост. Получените резултати са представени в Таблица 3. Таблица 3. Статистически параметри на годишния отток на р. Върбица към ХМС 312 27
- Прилагане на интерполационна зависимост: за определяне характеристиките на годишния отток към створа на заустване на р. Върбица в яз. Студен Кладенец е използвана интерпoлационната зависимост от вида: (2) В Таблица 4 са представени резултатите на основните параметри на годишния оттока към изследвания створ от р. Върбица. Tаблица 4. Статистически параметри за годишния отток на р. Върбица към изследвания створ - Генериране на масив от средно месечни и годишнa стойности на оттока към створ заусване: Генерирането на масивите за изследваните створове е извършено чрез ползване на процентно представяне на месечен отток за периода на наблюдение при станцията и при прието биноминално разпределение на годишния отток за изследваните створове. При генерирането на тези масиви са ползвани получените в Таблица 4 средно многогодишното водно количество и коефицента на вариация, определени чрез използваната по-горе интерполационната зависимост. Получената хидроложка редица от годишни стойности към створ заустване е представена чрез прилагането на математическата статистика в теоретична крива на обезпеченост Фиг. 3. Месечното разпределение на оттока за фиктивна година в проценти и във водни количества, Q [m 3 /s], е представено в Таблица 6. От нея се вижда, че най-силно е изразено маловодието през месеците юни - октомври. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящото изследване за годишния отток на р. Върбица до заустването й в яз. Студен Кладенец могат да се направят следните заключения: - Съществуващите във водосбора на р. Върбица две хидрометрични станции от националната опорна мониторингова мрежа на НИМХ и набраните при створовете им наблюдения и измервания на речния отток, не позволяват да се определят измененията в параметрите на оттока на реката в многогодишен Фиг. 3 Теоретичната крива на обезпеченост за годишния отток за створ заустване на р. Върбица в яз. Студен Кладенец 28
Таблица 5. Координати на теоретичната крива на обезпеченост за годишния отток към створ заустване на р. Върбица в яз. Студен Кладенец Таблица 6. Месечно разпределение на оттока за фиктивна година към створ заустване на р. Върбица в яз. Студен Кладенец Фиг. 4. Процентно разпределение на оттока за фиктивна година към створ заустване на р. Върбица в яз. Студен Кладенец аспект с достатъчна за инженерната хидрология точност; - Определяните параметри на годишния отток на р. Върбица въз основа на редовете от наблюдения и измервания на количествените параметри на оттока при створ ХМС 312 могат, чрез прилагане на математичен подход, основаващ се на линейната интерполация с достатъчна точност да се пренесат за створ вливане в яз. Студен Кладенец ; - Налице е значима неравномерност в колебанията на годишния отток на р. Върбица при створ вливане в язовира, доказваща се от полученият при изследването резултат за коефициента на вариация - около Cv = 0.43, причина за което са резките колебания в оттока на р. Върбица видно от месечното разпределение на оттока, постъпващо в язовира и представено в Таблица 6 и фигура 4. Литература 1. Поредица Хидрологичен годишник изд. ГУХМ-БАН, София; 2. Хидрологичен справочник Том ІІ и Том ІІІ; 3. Мандаджиев Д. Речни ресурси на България и изменението им в резултат на антропогенната дейност Монография, Издание на НИМХ, 1989г. 4. HYFRAN PLUS - програмен продукт за статистическа обработка на информационни масиви 5. Информационни масиви от средно месечни и годишни стойности за оттока при ХМС, 61500/312; 61450/313 29