Моделирование процессов аккумуляции и таяния снежного покрова на основе данных дистанционного зондирования земной поверхности на реках Камчатского края
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 5
1.1. Геологическое строение и рельеф 5
1.2. Почвы и растительность 6
1.3. Климат 7
1.4. Гидрография 8
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ АККУМУЛЯЦИИ И ТАЯНИЯ
СНЕЖНОГО ПОКРОВА 11
2.1. Описание Snowmelt Runoff Model (SRM) 12
2.2. Дополнительные блоки в модели SRM 16
2.3. Расчет снеготаяния в модели «Гидрограф» 21
ГЛАВА 3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 24
3.1. Подготовка исходных данных для моделирования 24
3.2. Данные дистанционного зондирования по снежному покрову 27
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ 31
4.1. Моделирование талого стока р. Камчатки 31
4.2. Моделирование талого стока руч. Фирновый 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 39
ПРИЛОЖЕНИЯ 43
Снеготаяние является одним из основных процессов формирования стока. Таяние снежного покрова зависит от ряда факторов. В связи с этим, моделирование процесса снеготаяния является весьма сложной задачей, однако оно необходимо при составлении прогнозов и оценки водных ресурсов.
Целью данной выпускной квалификационной работы является усовершенствование моделирования талого стока с использованием Snowmelt Runoff Model (SRM) и данных дистанционного зондирования по снежному покрову. Рассматриваемая модель основана на методе температурных коэффициентов и предполагает линейную связь между количеством стаявшей воды и температурой воздуха. Она требует минимальный набор исходной метеорологической информации: суточные значения температуры воздуха, осадков и площади снежного покрова. Недостатком модели можно считать неопределенность в задании температурных коэффициентов стаивания, которые являются уникальными для каждого отдельного водосбора и изменяются в течение периода снеготаяния и из года в год. Автором предложена методика оценки коэффициентов стаивания, разработанная совместно с Георгиевским М.В.
Существенным достоинством модели является возможность интегрировать данные дистанционного зондирования (ДДЗ) по снежному покрову, что особенно актуально для малоизученных речных бассейнов. Наиболее перспективными в этом смысле можно считать снимки MODIS и Landsat, находящиеся в свободном доступе и обладающие наиболее высоким пространственным разрешением.
Для достижения цели выпускной квалификационной работы перед автором были поставлены следующие задачи:
1. Выполнить обзор литературных источников по использованию ДДЗ и SRM в моделировании стока.
2. Проанализировать существующие в свободном доступе ДДЗ по распределению снежного покрова и выбрать наиболее перспективные в целях моделирования.
3. Создать базу данных распределения снежного покрова для объектов исследования.
4. Подготовить исходные метеорологические данные для моделирования.
5. Разработать программный комплекс по обработке ДДЗ, методику работы со спутниковыми снимками.
6. Проанализировать пространственное распределение осадков по территории полуострова, сделать вывод об изменении количества осадков с высотой.
7. Получить расчетные гидрографы для объектов исследования.
8. Предложить новую структуру модели с учетом новых данных для возможности более широкого применения.
Объектами исследования в работе являются бассейн р. Камчатки и небольшой водосбор руч. Фирновый. Моделирование стока руч. Фирновый выполнялось в рамках работы по проекту Государственного гидрологического института по оценке притока воды к месторождению Кумроч. Заказчиком проекта выступает АО «Золото Камчатки». Предметом исследования выступают процессы аккумуляции и таяния снежного покрова, являющиеся одними из основных процессов формирования стока на Камчатском полуострове.
Данная выпускная квалификационная работа содержит усовершенствование моделирования талого стока с использованием Snowmelt Runoff Model (SRM) и данных дистанционного зондирования по снежному покрову. В работе отмечены основные достоинства модели: простота, минимальный набор исходной метеорологической информации, возможность использовать ДДЗ в качестве входной информации по снегу. С другой стороны, в работе решается проблема определения температурных коэффициентов стаивания и расчета водоотдачи из снежного покрова.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы были получены следующие выводы:
1. Создана база данных дистанционного зондирования по снежному покрову для объектов исследования.
2. Подготовлена база гидрометеорологических данных для моделирования.
3. Разработана методика работы со спутниковыми снимками MODIS в целях моделирования снеготаяния.
4. Выполнена качественная и количественная оценка пространственного и высотного распределения осадков по территории.
5. С помощью уравнения SRM и ДДЗ MODIS смоделированы гидрографы для р. Камчатка - п. Ключи.
6. В качестве сравнения с помощью модели «Гидрограф» получены гидрографы стока для р. Камчатки за тот же период моделирования.
7. Смоделированы гидрографы для руч. Фирновый в рамках проекта ГГИ, смоделированы запасы воды в снеге для района месторождения Кумроч.
8. Разработан блок модели для расчета температурных коэффициентов стаивания.
9. Разработан блок модели для расчета водоотдачи из снежного покрова.
Результаты моделирования показали перспективы использования уравнения SRM для расчета талого стока, в особенности для малоизученных речных бассейнов.
