Метод довгострокового територіального прогнозу максимальних витрат весняного водопілля (на прикладі річок басейнів Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метод довгострокового територіального прогнозу максимальних витрат весняного Водопілля (на прикладі річок басейнів Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Весняне водопілля представляє одну з найважливіших фаз гідрологічного режиму річок, з яким часто пов'язані стихійні явища у вигляді повеней, затоплення населених пунктів, орних земель, руйнування мостів, залізничних і шосейних доріг та ін. Тому розрахунки і прогнози характеристик весняного водопілля мають винятково важливе значення для господарської діяльності людини.

У більшості випадків нині діючі методики в області довгострокового прогнозування максимальних витрат води весняного водопілля прив'язані до тих гідрологічних постів, по яких є багаторічні ряди спостережень. Проте, при проходженні катастрофічних повеней не менш актуальним є прогноз максимальних весняних рівнів і витрат води в цілому по регіонах, у тому числі й по тих річках, на яких систематичні гідрологічні спостереження не відбуваються.

Така задача може бути вирішена на основі розробки методів територіальних прогнозів весняних максимумів у межах тих районів, де зберігаються однородні умови процесів формування водопілля. Тільки територіальні методи прогнозу дають змогу обчислювати розміри весняних максимумів для будь-якого, навіть невеликого басейну.

Для фази весняного водопілля територіальні методики прогнозу в основному розроблені стосовно до шару стоку, а формою вираження таких прогнозів є карти очікуваного розміру шару стоку. У зв'язку з маштабністю витрат води, а також редукцією максимального модуля по площі водозбору складніше вирішується задача побудови територіального прогнозу максимальних витрат водопілля.

Усе це свідчить про виняткову актуальність саме довгострокового територіального прогнозу максимальних витрат води весняного водопілля.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації входить до науково-дослідної роботи кафедри гідрології суші Одеського державного екологічного університету «Максимальний та річний стік річок України» (1998-2002 рр.), затвердженої на засіданні науково-технічної ради ОДЕКУ (протокол №4 від 23.12.1997 р.)

Методика використовується також при виконанні госпдоговірної теми для Держводгоспу України (договір №853 від 15.03.2001 р.), пов'язаної з розробкою територіального довгострокового прогнозу максимальних витрат води весняного водопілля на річках півдня України «Розробка методичних рекомендацій територіального прогнозу максимального стоку весняної повені річок півдня України (на прикладі Одеської області)», 2001-2002 рр.

Мета і задачі дослідження. Основною метою роботи є обґрунтування територіального довгострокового прогнозу максимальних витрат води весняного водопілля, у тому числі й для річок, на яких гідрологічні спостереження не відбуваються.

Головними задачами дослідження є розробка методичної бази для довгострокового прогнозу максимальних витрат весняного водопілля, а також реалізація запропонованого методу прогнозу на річках басейнів Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану на підставі районування території за умовами формування весняного водопілля.

Об'єкт дослідження - водозбори річок Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану.

Предмет дослідження - аналіз умов формування весняного водопілля на річках південно-західної частини лісової зони, районування і територіальне прогнозування максимальних весняних витрат води як для вивчених, так і невивчених у гідрологічному відношенні річок на базі розробленого дисертантом методу.

Методи дослідження:

багатомірний статистичний аналіз (кореляційний, факторний, дистанційний), який використовувався при районуванні території за умовами формування весняного водопілля;

побудова й аналіз різницевих інтегральних кривих для рядів максимальних витрат води водопілля, необхідних для оцінки циклічності коливань весняного стоку і вибору розрахункового періоду;

застосування методології дискримінантного аналізу при поділі років по групах водності весняного водопілля й оцінка дискримінації угруповань за критерієм Фішера;

широке використання в роботі методів географічного аналізу й узагальнення, у тому числі характеристик промерзання і вологості ґрунтів, максимальних запасів води в сніговому покриві до початку весняного водопілля, середніх багаторічних величин шарів стоку та коефіцієнтів трансформації і схилового припливу під час водопілля, модульних коефіцієнтів максимальних витрат води і їхньої повторюваності.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробленому методі довгострокових територіальних прогнозів максимальних витрат весняного водопілля, а також ряду проблемних питань, пов'язаних з його реалізацією, у тому числі вперше:

здійснено районування території південно-західної частини лісової зони за умовами формування весняного водопілля;

на базі розробленої схеми районування виконане обґрунтування прогнозних залежностей максимальних модулів від величин максимальних запасів води в сніговому покриві і з урахуванням основних факторів весняного водопілля;

запропоновано прогнозну схему для обчислення максимальних витрат під час водопілля на річках, незалежно від того, здійснюються на них гідрологічні спостереження чи ні;

прогнозовані величини максимальних модульних коефіцієнтів весняного водопілля представляються у вигляді карт, на підставі яких виконується їх оцінка для будь-якого водозбору;

запропоновано методику визначення просторового розподілу забезпеченості прогнозних величин максимальних витрат весняного водопілля.

Практичне значення одержаних результатів полягає в реальній можливості довгострокового прогнозування максимальних витрат весняного водопілля річок, у тому числі й на невивчених у гідрологічному відношенні водозборах, і встановлення їх забезпеченості в багаторічному розрізі. Останнє дуже важливо для оцінки можливої небезпеки господарським обўєктам, населеним пунктам.

Запропонований метод прогнозу може бути використаний для річок будь-яких регіонів з весняним водопіллям.

Результати дисертації безпосередньо можуть бути використані в оперативній практиці при прогнозуванні максимального стоку весняного водопілля в басейнах річок Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану.

Частково результати роботи ввійшли до заключного наукового звіту держбюджетної теми кафедри гідрології суші ОДЕКУ «Розробка методів розрахунку і прогнозу характеристик гідрологічного режиму (річного, мінімального, максимального стоку) річок України, Молдови й інших районів з урахуванням антропогенних змін природного середовища» (1986-1990 рр., інформ. №02910021921), а в повному обсязі метод використаний при виконанні I-го етапу госпдоговірної теми: «Розробка методичних рекомендацій територіального прогнозу максимального стоку весняної повені річок півдня України (на прикладі Одеської області)», 2001-2002 рр.

Особистий внесок здобувача полягає в детальному дослідженні процесів формування і просторовому узагальненні факторів весняного водопілля річок південно-західної частини лісової зони. Наукові ідеї щодо прогнозної схеми належать професору, доктору географічних наук Н.Ф. Бефані і науковому керівнику - професору, доктору географічних наук Є.Д. Гопченку, а реалізація і побудова регіональної методики прогнозу максимальних витрат весняного водопілля для досліджуваної території належать особисто здобувачу.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень, що включені в дисертацію, доповідалися на наукових конференціях молодих учених (ОДЕКУ, 1993, 1996, 2000 рр.), а в повному обсязі - на розширеному семінарі кафедри гідрології суші ОДЕКУ в грудні 2001 р.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 3-х наукових статтях (дві з них - без співавторів) у виданнях, що входять до відповідного переліку ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Повний обсяг дисертаційної роботи становить 296 сторінок; містить 60 рисунків, 20 таблиць, 6 додатків на 51 сторінці; складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел (141 найменування).

Автор вважає своїм приємним обов'язком виразити щиру вдячність д. геогр. н., проф. Н.Ф. Бефані і науковому керівнику дисертації проф. Є.Д. Гопченку за постійну увагу до роботи і наукові консультації.

Основний зміст роботи

водопілля фішер весняний

У вступі обґрунтовується актуальність теми і розкривається стан наукової проблеми довгострокового прогнозу весняного водопілля, формулюються мета та задачі дослідження, наводиться наукова новизна і практичне значення одержаних результатів, а також відомості про апробацію та публікації результатів дисертації.

У першому розділі надається фізико-географічна характеристика території південно-західної частини лісової зони в межах басейнів річок Верхнього Дніпра (до впадіння р. Прип'яті), Західної Двіни (до м. Дрисса) і Німану (до м. Гродно).

Основна увага приділена аналізу ролі факторів поверхні, що підстилає (рельєфу, залісеності, заболоченості, грунтам), і кліматичних умов (температурного режиму, атмосферних опадів) в процесі формування весняного стоку річок. Просторова характеристика цих факторів виконана на базі різних карт ізоліній їхнього розподілу по території, причому карта середніх багаторічних максимальних запасів води в сніговому покриві ввійшла складовою частиною і в прогностичну методику. Спостерігається широтне збільшення максимальних запасів води в сніговому покриві з півдня і південного заходу (від 50-60 мм) на північний схід (до 100-120 мм). Часова мінливість просліджується у зворотному напрямку. Характерною рисою періоду снігонакопичення є наявність зимових відлиг, які сприяють збільшенню просторової нерівномірності залягання снігового покриву. З відлигами пов'язане й утворення крижаної кірки на поверхні ґрунту. Велика різноманітність природних факторів формування стоку обумовлює складні і неоднорідні умови утворення весняного водопілля на річках у різних частинах розглядуваної території, про що свідчать наведені у роботі гідрографи весняної повені.

Описувана територія в гідрометеорологічному відношенні вивчена досить добре. Найбільш повний склад спостережень (вимір висоти, щільності снігу, запасу води в крижаній кірці) забезпечують метеорологічні станції, однак не виключалася можливість використання в розробках прогнозної схеми і даних метеопостів.

В другому розділі наводяться результати районування території за умовами формування весняного водопілля. Необхідність районування території пов'язана з великою різноманітністю природних умов і стокоформуючих факторів у басейнах річок Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану. Схема районування надалі використана як методична база для побудови прогностичних залежностей максимальних витрат весняного водопілля. Вихідним матеріалом для районування послужили дані гідрометеорологічної служби по басейнах 87 річок із площами водозборів від 15,7 км 2 (р. Чайка - с. Чайка) до 4720 км 2 (р. Дісна - пгт Шарковщина) з періодами спостережень за стоком не менш 20 років.

Розмежування території на однорідні ділянки виконано на основі R-модифікації факторного аналізу (К. Іберла, 1980) з виявленням найбільш значущих факторів із сукупності ознак, які обумовлюють процеси формування весняного стоку, і використанням факторних навантажень для подальшого угрупування басейнів із залученням методу дистанційного аналізу. За вихідні дані прийняті: широта і довгота геометричних центрів ваги водозборів, їх висота, залісеність, повна вологоємність ґрунтів, шар весняного стоку. В результаті вся територія поділена на 5 макрорайонів. Межі районів, як правило, проводилися по вододілах річок, з уточненням їх на основі схематичних карт орографії, рослинності, геології та ін. Зокрема, у межах 1-го і 3-го районів з урахуванням рельєфу, ґрунтів, рослинності, заболоченості виділено ще по два підрайони. У роботі наводиться короткий опис ландшафтних і гідрометеорологічних характеристик районів.

У третьому розділі надається аналіз сучасного стану в області прогнозування максимальних витрат води весняного водопілля й обґрунтовується новий метод їх прогнозу. Найбільш ранні дослідження з довгострокового прогнозу висоти весняного водопілля відносяться до періоду 1920-1930 років. Вже в цих роботах висота весняного водопілля пов'язувалася як з накопиченням снігу в басейні, промерзанням ґрунту, його насиченням вологою за рахунок осіннього зволоження і зимових відлиг, так і з очікуваними гідротермічними умовами наступної весни. У 1940 році М.А. Веліканов запропонував використовувати для прогнозу максимальної витрати повіддя (Qm) об'ємну модель:

, (1)

де Ym - шар стоку за водопілля, F - площа водозбору, Т - тривалість водопілля,

- коефіцієнт, який характеризує форму гідрографа водопілля і дорівнює відношенню , де - середня витрата води за водопілля (завжди більше одиниці), k - коефіцієнт розмірності.

Реалізація (1) для цілей прогнозу максимальних весняних витрат зустрічає труднощі, обумовлені складністю встановлення в прогнозі насамперед таких величин, як і Т. Тому в оперативній практиці для прогнозу максимальних витрат води використовуються залежності типу Qm = f(Ym). Такий спосіб прогнозу вперше був застосований О.А. Спенглером (1941), а в подальшому - В.М. Паршиним і М.С. Саловим (1955), В.Д. Комаровим(1959), Г.П. Калініним і Т.Т. Макаровою (1957), В.В. Салазановим (1964), М.В. Рудометовим (1969), А.Б. Крижановською (1969), І.Г. Рубцовим (1970), в більш пізніх розробках - О.С. Змійовою, В.В. Климовою (1983), М.М. Сусідком, О.М. Скрипник (1988). Одним з істотних недоліків цього методичного підходу є те, що не завжди зв'язки Qm = f(Ym) виражені досить чітко. Приймаючи до уваги обумовленість максимальних витрат води розмірами водозбірних площ, подібні залежності (у тому числі й узагальнені в тому чи іншому вигляді по території) можна застосувати тільки для водозборів з наявністю тривалих спостережень за максимальним стоком.

Однак, досить часто, особливо в катастрофічно високі повіді, потрібна оцінка характеристик весняного стоку в цілому для великих регіонів, у тому числі для річок, невивчених у гідрологічному відношенні. З іншого боку відзначимо, що для періоду весняного водопілля територіальні методики прогнозу в основному розроблені стосовно до шару стоку і представляються у вигляді карт ізоліній. Прикладом побудови територіальної методики для довгострокового прогнозу максимального весняного стоку є схема, яка запропонована О.С. Змійовою (1983). Вона ґрунтується практично на тій же моделі, що й (1), але в більш спрощеному вигляді (до речі, остання увійшла до нормативного документу СНіП 2.01.14-83 для розрахунків максимальних витрат повені рідкої ймовірності перевищення). Недоліком методу є нормування коефіцієнта дружності весняного водопілля, який змінюється в широких межах від року до року, а визначення його представляє проблему не меншу, ніж прогнозування Ym чи Qm.

Дещо інший підхід до побудови територіальної методики прогнозу максимальних витрат весняного повіддя пропонується в «Руководстве по гидрологическим прогнозам» (вип. 1, 1989). В ньому максимальні витрати води представляються у вигляді модульних коефіцієнтів ki = Qmi/Q0, де Q0 - норма максимальної витрати в i-м створі. Коефіцієнти ki потім осереднюються по території і зв'язуються з величинами максимальних запасів води в сніговому покриві (у сумі з опадами за період сніготанення) Sm + X1 і показником попереднього зволоження ґрунту на басейні U. Метод, хоча і є територіальним, але використання його для прогнозу Qm можливо лише для басейнів, по яких є ряди спостережень, необхідні для надійного визначення норм Q0.

Запропонований автором метод довгострокового прогнозу максимальних витрат весняного водопілля, на відміну від відомих, спирається на узагальнені в межах кожного з районів (відповідно до виконаного в розділі 2 районування території) залежності вигляду qm/q0 = f (Sm/S0), де qm і q0 - максимальний модуль весняного водопілля і його норма, Sm і S0 - максимальний запас води в сніговому покриві перед початком весняного сніготанення і його середнє значення. Ці залежності диференційовані з урахуванням комплексу гідрометеорологічних факторів, які обумовлюють процеси формування в кожному році високих, середніх чи низьких водопіль. Досягається це за допомогою використання дискримінантної функції.

Для обґрунтування розрахунку норми q0 за модель прийнятий типовий одномодальний гідрограф, для якого

, (2)

де Y0 - середній багаторічний шар стоку за період весняного водопілля; k0 - коефіцієнт схилової трансформації чи «дружності» водопілля; n1 - показник редукції максимального модуля по площі водозбору F; - коефіцієнт озерності.

При розрахунку q0, згідно (2), і при наявності порайонних залежностей qm/q0 = f (Sm/S0) шукане прогнозне значення qm знаходиться як

qm = kmq0, (3)

де km - очікуваний модульний коефіцієнт максимальної витрати води.

У четвертому розділі приведені основні етапи розробки й оцінка методики довгострокових територіальних прогнозів максимальних витрат води весняного водопілля (на прикладі річок басейнів Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану). При розробці прогнозної методики використані дані по 52 річках, які рівномірно висвітлюють розглядувану територію і охоплюють широкий діапазон площ, причому матеріали по 41 з них (незалежна вибірка) були використані тільки для перевірки методики.

Аналіз циклічності коливань максимальних витрат води водопілля в багаторічному розрізі дозволив прийняти розрахунковий період з 1945-1950 рр. по 1990 р.; він містить у собі багатоводну, маловодну і середню фази водності. Перевірка часових рядів максимальних витрат води на однорідність показала, що під впливом господарських заходів у межах розрахункового періоду істотних змін у них не відбулося.

Вище було відзначено, що прогнозна схема максимальних витрат весняного водопілля заснована на побудові регіональних залежностей максимального весняного модуля від максимальних запасів води в сніговому покриві, виражених у модульних коефіцієнтах, як . За базову характеристику тут використано норму максимального весняного стоку q0, розрахунок якої ведеться у рамках моделі типового одномодального гідрографа (2). Територіальне узагальнення параметрів цієї формули виконано на основі картування і .

Норма збільшується з південного заходу (від 50-60 мм) на північний схід (до 120-140 мм), області замкнутих ізоліній (підвищеного чи зниженого стоку) спостерігаються переважно в районах навітряних чи підвітряних схилів височин. Величина степеневого показника редукції максимального модуля по площі водозбору n1 визначається на підставі побудови логарифмічного графіку зв'язку і дорівнює 0,21. Коефіцієнт схилової трансформації k0 отриманий зворотним шляхом з (2) і надалі картований. При цьому вплив місцевих факторів (заболоченості) було виключено, тому при використанні карти k0 його величина розраховується за виразом

, (4)

де - величина , знята з карти, - коефіцієнт впливу заболоченості водозборів на , причому

. (5)

Величини норм максимальних запасів води в сніговому покриві встановлюються по карті ізоліній S0 для центрів ваги водозборів з урахуванням підвищеного снігонакопичення у лісах.

Типізація водопіль за їх водністю (висока, середня і низька) на графіках залежності qm/q0 = f (Sm/S0) здійснена на основі застосування багатомірної статистичної моделі - дискримінантної функції

DF = a0 + a1x1 + a2x2 + … +amxm, (6)

де (а0, а1, а2,…, аm) = А - вектор коефіцієнтів дискримінантної функції, (x1, x2, …, xm) = Х - вектор вимірюваних ознак (вектор-предиктор), m - кількість вимірюваних ознак.

У вектор-предиктор Х включені такі фактори, як: максимальні запаси води в сніговому покриві, які накопичилися до початку весняного сніготанення (обчислені за даними вимірів у полі з урахуванням підвищеного снігонакопичення в лісах з коефіцієнтом kл = 1,13), показники можливих утрат стоку - індекс зволоження ґрунту (обчислений за даними про запаси вологи в шарі ґрунту 0-100 см під озимими з обліком їхнього механічного складу чи через середній місячний модуль осінньо-зимового періоду - з вересня по січень), максимальна глибина промерзання ґрунту, характеристика зими (середня місячна температура повітря лютого, сума позитивних температур повітря чи кількість днів з відлигами - в лютому), дружність весняного сніготанення (середня місячна температура повітря березня чи кількість днів до дати переходу температури повітря через 0 0С навесні).

При різних факторах у векторі-предикторі були одержані дискримінантні рівняння у вигляді (6) - DF1 і DF2, які дозволяють за знаком цих функцій (більше чи менше нуля) віднести кожний рік до високого, середнього чи низького водопілля. Для однорідних районів (підрайонів) дискримінантні рівняння DF1 і DF2 є стійкими і можуть бути використані для всіх річок у межах того чи іншого району. Для річок 3-го і 4-го районів одержані рівняння дискримінантних функцій при різних варіантах набору предикторів, у залежності від наявності вихідної інформації про запаси вологи в ґрунті.

Побудовані у відповідності зі знаком дискримінантних функцій прогностичні зв'язки qm/q0 = f (Sm/S0) описуються поліномами n-го степеня (але не вище 3-го), тобто

, (7)

де b0, b1, b2, b3 - коефіцієнти полінома.

Представлення полінома (7) у вигляді відносних величин дозволило одержати загальне рішення і врахувати особливості коливань qm/q0 і Sm/S0 усередині окремих, хоча й однорідних, районів. Коефіцієнти дискримінантних рівнянь і коефіцієнти полінома в дисертаційній роботі представлені у табличній формі.

По регіональних залежностях qm/q0 = f (Sm/S0), а також даних снігомірних зйомок (наземних чи дистаційних вимірів), використовуючи карту S0, знаходять величини qm/q0 (виражені у л/с км2), чисельно рівні

 (8)

Перехід від km до очікуваних витрат Qm здійснюється як

Qm =, м3/с. (9)

При випуску прогнозу дискримінантні рівняння підраховуються на дату його складання (1 чи 15 березня). Фактори, що входять у вектор-предиктор, але не можуть бути визначені чи безпосередньо розраховані з достатньою точністю на цю дату, оцінюються по нормі або, орієнтуючись на прогноз погоди, а також шляхом уведення відповідних поправок. Це зауваження стосується до таких предикторів як температура повітря у березні і максимальні запаси води в сніговому покриві.

Надається територіальний довгостроковий прогноз у вигляді побудованої карти максимальних значень модульних коефіцієнтів km, що дає можливість оцінки очікуваного весняного максимуму в цілому по території. Приклад такої карти наведений на рис. 1 для 1958 року, який характеризується вкрай нерівномірним по території і визначним за висотою весняним повіддям.

Запропоновано також метод визначення забезпеченості прогнозних величин максимальних витрат води (у інтервальних величинах) на основі трипараметричного гама-розподілу по заданих у картографічному вигляді коефіцієнтах варіації Cv та при Cs = 2,5Cv, тобто

P1 < PQm < P2, (10)

де P1 і P2 - верхнє і нижнє значення забезпеченостей, відповідно.

Здійснено просторове узагальнення величин забезпеченості очікуваних максимумів водопілля у вигляді карти з вказівкою областей однакових значень P%. Приклад такої карти для 1958 року наводиться на рис. 2.

У зв'язку з термінами настання максимальних запасів води в сніговому покриві в басейнах річок розглянутої території (у середньому до 10 березня) прогноз максимальних витрат весняного водопілля випускається за станом на 1 березня, а також рекомендується на річках центральних і північних районів випускати уточнюючий прогноз 15 березня, а в роки з затяжними веснами й істотним поповненням снігозапасів після 1 березня (як, наприклад, у 1958 році), не залежно від району, у якому знаходиться басейн, випускати уточнюючи прогнози аж до дати настання Sm (наприклад, 5 квітня 1958 р.).

Завчасність прогнозів на дату 1 березня в середньому складає 50 - 30 діб, зменшуючись у напрямку з північного сходу на південь і південний захід. На дату 15 березня завчасність на 15 діб менше, а на дату Sm - знаходиться в межах від 22 - 28 діб на північному сході регіону до 7 - 12 діб - на півдні і південному заході.

Оцінка якості розробленої методики прогнозу максимальних витрат води весняного водопілля зроблена в два етапи. На першому за критерієм Фішера встановлена значимість поділу сукупності випадків (років) на групи водопілля - високі, середні і низькі, у дискримінантному аналізі.

На другому етапі оцінка методики виконана за критерієм якості S/s і забезпеченості припустимої погрішності Р%. Для річок деяких районів отриманий критерій якості в різних варіантах розрахунку з використанням дискримінантної функції і різним набором факторів водопілля у вектор-предикторі. Для річок розглянутої території встановлена залежність припустимої погрішності прогнозу максимальних витрат весняного повіддя доп від площі водозбору (доп = 0,025 F, м3/с), що дозволяє визначати її значення для будь-якої річки, навіть у випадку відсутності на ній спостережень за стоком.

Величини критерію якості S/s у розрахунковому варіанті (за даними Sm) змінюються для річок, по яких велася розробка методики, від 0,40 до 0,74 при забезпеченості припустимої погрішності в середньому від 70 до 90%. Оцінка методики в прогнозному варіанті (при визначенні факторів повіддя на дату випуску прогнозу 1 березня) трохи знижується (на 0,1), а середня справджуваність прогнозів складає 75%.

Перевірка методики на незалежних матеріалах показала наступні результати: у розрахунковому варіанті S/s змінюються у середньому в межах 0,60 - 0,70, а забезпеченість припустимої погрішності - 82 - 72%, у прогнозному варіанті якість дещо знижується, а забезпеченість у середньому складає 75 - 65%. Це дозволяє використовувати запропоновану методику для прогнозу максимальних витрат весняного водопілля на річках басейнів Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану, у тому числі й на невивчених у гідрометеорологічному відношенні водозборах, з встановленням забезпеченості очікуваних весняних максимумів у багаторічному розрізі. Метод прогнозу в цілому може бути використаний для інших регіонів з весняним водопіллям на річках.

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і здійснено нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці методу довгострокового територіального прогнозу максимальних витрат води весняного водопілля.

В результаті виконаної роботи можна зробити такі висновки:

1. Незважаючи на виняткову важливість характеристик максимального стоку весняного водопілля для нормального функціонування об'єктів господарського призначення, що знаходяться в долинах річок, питання територіального прогнозу максимальних витрат води дотепер розроблені, головним чином, тільки для річок, на яких ведуться систематичні спостереження за річковим стоком. В силу цього територіальний прогноз максимальних витрат води на річках у період весняного водопілля відсутній.

2. Автором розроблений метод прогнозу, який дозволяє щорічно робити оцінку очікуваних максимальних витрат води весняного водопілля на річках не тільки в окремих пунктах, де є багаторічні ряди спостережень, але й у цілому для річок тієї чи іншої території.

3. Основу прогнозної схеми складає виконане за умов формування весняного повіддя районування території і запропоновані для кожного з районів регіональні залежності модульних коефіцієнтів максимальних витрат води від відносних величин максимальних запасів води в сніговому покриві на водозборі.

Районування здійснене на основі моделей факторного і дистанційного аналізів. Усього на розглянутій території виділено п'ять районів і чотири підрайони.

4. У зв'язку з різним характером розвитку процесів весняного водопілля в окремі роки, прогнозні залежності диференційовані по трьох категоріях висоти водопілля - високих, середніх і низьких.

5. Поділ наявних часових рядів максимального стоку здійснено за допомогою апарату дискримінантної функції, у вектор-предиктор якої включені: максимальні запаси води в сніговому покриві, осіннє чи передвесняне зволоження ґрунту, глибина його промерзання, характеристики відлиг узимку і процесів сніготанення - навесні.

6. Прогноз максимальних витрат весняного водопілля випускається за станом на 1 березня кожного року, а потім уточнюється за станом на 15 березня і дату настання максимальних снігозапасів на водозборі. Завчасність прогнозу буде різною в залежності від наведених вище дат прогнозу і змінюється закономірно в напрямку з північного сходу на південь і південний захід в середньому від 50 - 30 діб в дату прогнозу 1 березня, до 30 - 10 діб - на дату Sm.

7. Територіальний прогноз щорічно надається у вигляді карт розподілу по території максимальних модульних коефіцієнтів km.

7.1. При наявності рядів спостережень за стоком норми максимальних модулів q0, необхідні для розрахунку qm, визначаються безпосередньо по наявних часових рядах.

7.2. При відсутності рядів спостережень за максимальним стоком для розрахунку q0 запропонована методика, яка спирається на типову модель одномодального гідрографа весняного водопілля.

8. Забезпеченість прогнозних величин максимальних витрат води повіддя оцінюється на основі карт забезпеченості, які складаються щорічно.

При цьому у якості базового використаний трипараметричний гама-розподіл (із заданими у вигляді карти коефіцієнтами варіації максимальних витрат води Cv і закріпленому співвідношенні Cs / Cv = 2,5).

9. Методика довгострокового прогнозу максимальних весняних витрат води розроблена за даними опорних 11-ти річок з періодами спостережень 35-46 років і перевірена на незалежному матеріалі за даними 41 річки з періодами спостережень 19 - 40 років.

10. При оцінці якості розробленої методики прогнозу максимальних витрат води весняного водопілля за допомогою дискримінантного аналізу встановлена значимість поділу сукупності років на групи водопілля - високі, середні і низькі. Оцінка прогнозних величин весняних максимумів виконана за критерієм якості S/s і забезпеченості припустимої погрішності Р% у різних варіантах розрахунку за дискримінантною функцією з різним набором факторів повіддя у вектор-предикторі. Методика в загальному оцінюється як добра і задовільна, при забезпеченості перевірочних прогнозів у розрахунковому варіанті в середньому 78%, у прогнозному - 75%. Перевірка методики на незалежних матеріалах показала, що забезпеченість припустимої погрішності складає 82 - 72%, у прогнозному варіанті якість дещо знижується, а забезпеченість у середньому складає 75 - 65%.

Зниження якості методики прогнозу максимальних витрат води повіддя відзначається в тих районах, де до основної дати випуску прогнозу (1 березня) максимальні запаси води в сніговому покриві ще не сформувалися і спостерігається їхнє наступне накопичення (в основному це північні і східні райони розглянутої території). У цьому випадку рекомендується випускати уточнюючи прогнози 15 березня, а далі обов'язково в дату настання максимальних снігозапасів.

11. Припустима погрішність прогнозів при наявності рядів спостережень за максимальними витратами води визначається по ймовірному відхиленню величини від норми, а при їхній відсутності вона оцінюється по запропонованій у роботі залежності її від площі водозбору.

12. Розроблений метод рекомендується як наукова база для складання фонових територіальних довгострокових прогнозів максимальних витрат води весняного водопілля, а запропонована в дисертації прогнозна методика може бути використана безпосередньо (без якої-небудь доробки) для довгострокового прогнозування максимальних витрат води повіддя на річках басейну Верхнього Дніпра, Західної Двіни і Німану.

Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації

1. Бефани Н.Ф., Шакирзанова Ж.Р. Районирование территории юго - западной части лесной зоны по условиям формирования талого стока // Межвед. научн. сб. Украины. - Метеорология, климатология и гидрология. - Одесса. - 1999. - Вып. 39. - С. 214 - 221.

2. Шакирзанова Ж.Р. Обоснование методики территориально общего прогноза максимальных расходов воды весеннего половодья на реках юго-западной части лесной зоны // Міжвід. наук. зб. України. - Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - Одеса. - 2000. - Вип. 40. - С. 97 - 103.

3. Шакирзанова Ж.Р. Долгосрочный прогноз максимальных расходов воды весеннего половодья на реках юго-западной части лесной зоны // Міжвід. наук. зб. України. - Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - Одеса. - 2000. - Вип. 41 - С. 82 - 91.

Размещено на Allbest.ru