Особенности сеточной схематизации русловых потоков
При моделировании зависимого гидрологического режима водотоков в основном соблюдаются условия их сеточной схематизации, рассмотренные в 1.6. Ниже рассматриваются особые условия при использовании гидрологических моделей водотоков. Основная специфика при этом заключается в необходимости сеточной аппроксимации структуры течения и формирования потоков поверхностных вод, принципы организации которой рассмотрим на примере пакета SFR1 [Prudic и др., 2004].
Речная сеть разбивается на ряд сегментов, состоящих из одного или нескольких блоков сеточной модели, по следующим критериям:
- • границами сегмента являются: истоки рек, места впадения притоков или разветвления русла; также они могут назначаться по длине бесприточной реки произвольно;
- • в сегмент может впадать только один приток, расход которого поступает в первый блок сегмента, и только одно разветвление русла - в последнем блоке;
- • погонные (Ms) или удельные (осадки - испарение) расходы внешнего поступления поверхностных вод характеризуются одинаковой интенсивностью в пределах сегмента;
- • в пределах сегмента параметры взаимосвязи ППВ (ко, то, Но), а также начальные (на расчетное время t - 0) глубина и ширина водотока являются либо постоянными, либо рассчитываются линейной интерполяцией между значениями по границам сегмента.
В расчетном блоке модели может находиться несколько различных сегментов, со своими характеристиками поверхностных вод и параметрами взаимодействия ППВ, однако в расчетах используется единый для блока напор подземных вод h. В то же время, как и во всех других расчетных алгоритмах, все поперечное сечение водотока (сегмента) может принадлежать только одному расчетному блоку модели. В этом случае моделирование широких водотоков, у которых ширина превышает размеры блока сетки, в принципе, может быть осуществлено путем ее разделения на параллельные сегменты. Однако при этом должно соблюдаться условие постоянства расчетного уровня (глубины) водотока в параллельных блоках таких сегментов, что не предусмотрено в большинстве алгоритмов программ моделирования.
Нумерация (порядок) блоков в пределах каждого сегмента осуществляется строго вниз по течению реки. В таком же порядке присваиваются и порядковые номера сегментов. Конфигурация речной сети не может изменяться в процессе моделирования. Такая иерархия структуры речной сети, в соответствии с которой осуществляется расчет согласно балансовым уравнениям (4.15) и (4.18), позволяет предварительно рассчитывать расходы реки и ее притоков, поступающие сверху.
Особого определения требует расход поверхностных вод, отводящийся в соседний сегмент при разветвлении речной сети Р . Он может быть охарактеризован либо абсолютной величиной, либо относительной, или рассчитываться, как «избыток» по сравнению с заданной максимальной величиной расхода на выходе из сегмента.
Иерархическая структура сеточного представления речной сети может отличаться от изложенной выше. В частности, в некоторых программных кодах (РЕЧКА, MCG) деление речной сети на расчетные сегменты производится в соответствии с ее природной структурой - наименованиями рек и притоков. Это позволяет более наглядно представлять и интерпретировать результаты моделирования гидрологического режима водотоков, а также рациональнее характеризовать площадные балансовые элементы поверхностных вод (склоновый сток, осадки-испарение) и их изменчивость во времени, которые, как правило, однотипны в пределах отдельных речных бассейнов территории (см. 2.3). В этом случае участки впадения притоков и разветвления русла для каждого водотока особым образом маркируются.
