Влияние климата и хозяйственной деятельности на речной сток Республики Узбекистан
|
Введение 4
1 Географическое положение и гидрография Узбекистана 6
1.1 Географическое положение 6
1.2 Гидрография 11
1.3 Климат и его изменение 19
2 Оценка многолетних изменений среднегодовых расходов
воды и их факторов 21
2.1 Формирование базы данных и оценка ее качества 21
2.2 Восстановление пропусков наблюдений и увеличение
продолжительности рядов 28
2.3. Моделирование временных рядов расходов воды 30
2.4. Оценка изменений климатических факторов 35
2.5. Выводы 41
3 Оценка многолетних изменений максимальных расходов воды 43
3.1 Формирование базы данных и оценка ее качества 43
3.2 Восстановление пропусков наблюдений и увеличение
продолжительности рядов 46
3.3. Моделирование временных рядов 47
3.4. Выводы 50
4 Оценка многолетних изменений минимальных расходов воды 52
4.1 Формирование базы данных и оценка ее качества 52
4.2 Восстановление пропусков наблюдений и увеличение
продолжительности рядов 56
4.3. Моделирование временных рядов 56
4.4. Выводы 57
5 Оценка многолетних изменений среднемесячных расходов воды 59
5.1 Формирование базы данных и оценка ее качества 59
5.2. Моделирование временных рядов 64
5.3. Оценка изменений климатических факторов 66
5.4. Выводы 70
Заключение 72
Список использованной литературы
1 Географическое положение и гидрография Узбекистана 6
1.1 Географическое положение 6
1.2 Гидрография 11
1.3 Климат и его изменение 19
2 Оценка многолетних изменений среднегодовых расходов
воды и их факторов 21
2.1 Формирование базы данных и оценка ее качества 21
2.2 Восстановление пропусков наблюдений и увеличение
продолжительности рядов 28
2.3. Моделирование временных рядов расходов воды 30
2.4. Оценка изменений климатических факторов 35
2.5. Выводы 41
3 Оценка многолетних изменений максимальных расходов воды 43
3.1 Формирование базы данных и оценка ее качества 43
3.2 Восстановление пропусков наблюдений и увеличение
продолжительности рядов 46
3.3. Моделирование временных рядов 47
3.4. Выводы 50
4 Оценка многолетних изменений минимальных расходов воды 52
4.1 Формирование базы данных и оценка ее качества 52
4.2 Восстановление пропусков наблюдений и увеличение
продолжительности рядов 56
4.3. Моделирование временных рядов 56
4.4. Выводы 57
5 Оценка многолетних изменений среднемесячных расходов воды 59
5.1 Формирование базы данных и оценка ее качества 59
5.2. Моделирование временных рядов 64
5.3. Оценка изменений климатических факторов 66
5.4. Выводы 70
Заключение 72
Список использованной литературы
Речной сток является одним из наиболее важных природных ресурсов на Земле, так как это не только источник питьевой воды, но и основной фактор многих отраслей хозяйственной деятельности, включая энергетических сектор, сельское хозяйство, промышленность и практически все остальные отрасли экономики. Особенно важна роль речного стока в засушливых областях планеты, к которым относится и Республика Узбекистан.
В настоящее время речной сток подвержен влиянию двух основных факторов: современному изменению климата и прямому воздействию хозяйственной деятельности в виде забора воды на водоснабжение и орошение. В засушливых районах оба эти фактора действуют однонаправлено и ведут к снижению стока. Так, при потеплении климата увеличивается температура воздуха, что приводит к росту испарения с водосборов и уменьшению стока. Также могут уменьшаться и осадки, а в связи с этим и влажность почвы, что еще больше уменьшает количество стекающей воды за счет дополнительной инфильтрации в почву. При прямом воздействии хозяйственной деятельности вода используется для орошения и возвращается обратно в речные системы только ее небольшая часть, а основная тратится на рост биомассы и испарение как с листьев растений, так из оросительных систем.
Поэтому задача настоящей работы состоит в оценке многолетних изменений речного стока, включая такие виды стока как среднегодовые расходы воды, характеризующие водные ресурсы, а также среднемесячные, максимальные и минимальные в году расходы воды, оценки изменения которых имеют, как самостоятельное значение, так и позволят понять изменения такой интегральной характеристики как годовой сток. В связи с тем, что информация о факторах хозяйственной деятельности, характеризующих заборы и сбросы воды является рассредоточенной и не достаточно надежной, основное внимание в работе будет уделено исследованию изменений таких основных факторов стока как температура воздуха и осадки как за годовой интервал времени. так и за отдельные месяцы.
Отдельное внимание в работе посвящено оценке качества исходной гидрологической и климатической информации, включая оценку однородности эмпирических распределений на наличие резко отклоняющихся экстремальных событий, оценку стационарности средних значений и дисперсий временных рядов, а также повышению надежности проводимых исследований за счет восстановления пропусков и увеличения продолжительности рядов наблюдений. Для оценки изменений во временных рядах гидрологических и климатических характеристик осуществляется аппроксимация многолетних рядов моделями нестационарного среднего двух видов: линейного тренда и ступенчатых переходов от одного стационарного среднего значения к другому с оценкой статистической значимости и эффективности таких моделей как по сравнению с моделью стационарного среднего, так и между собой. В результате будут получены количественные оценки изменений различных гидрологических характеристик и выявлены основные причины, вызвавшие эти изменения.
В настоящее время речной сток подвержен влиянию двух основных факторов: современному изменению климата и прямому воздействию хозяйственной деятельности в виде забора воды на водоснабжение и орошение. В засушливых районах оба эти фактора действуют однонаправлено и ведут к снижению стока. Так, при потеплении климата увеличивается температура воздуха, что приводит к росту испарения с водосборов и уменьшению стока. Также могут уменьшаться и осадки, а в связи с этим и влажность почвы, что еще больше уменьшает количество стекающей воды за счет дополнительной инфильтрации в почву. При прямом воздействии хозяйственной деятельности вода используется для орошения и возвращается обратно в речные системы только ее небольшая часть, а основная тратится на рост биомассы и испарение как с листьев растений, так из оросительных систем.
Поэтому задача настоящей работы состоит в оценке многолетних изменений речного стока, включая такие виды стока как среднегодовые расходы воды, характеризующие водные ресурсы, а также среднемесячные, максимальные и минимальные в году расходы воды, оценки изменения которых имеют, как самостоятельное значение, так и позволят понять изменения такой интегральной характеристики как годовой сток. В связи с тем, что информация о факторах хозяйственной деятельности, характеризующих заборы и сбросы воды является рассредоточенной и не достаточно надежной, основное внимание в работе будет уделено исследованию изменений таких основных факторов стока как температура воздуха и осадки как за годовой интервал времени. так и за отдельные месяцы.
Отдельное внимание в работе посвящено оценке качества исходной гидрологической и климатической информации, включая оценку однородности эмпирических распределений на наличие резко отклоняющихся экстремальных событий, оценку стационарности средних значений и дисперсий временных рядов, а также повышению надежности проводимых исследований за счет восстановления пропусков и увеличения продолжительности рядов наблюдений. Для оценки изменений во временных рядах гидрологических и климатических характеристик осуществляется аппроксимация многолетних рядов моделями нестационарного среднего двух видов: линейного тренда и ступенчатых переходов от одного стационарного среднего значения к другому с оценкой статистической значимости и эффективности таких моделей как по сравнению с моделью стационарного среднего, так и между собой. В результате будут получены количественные оценки изменений различных гидрологических характеристик и выявлены основные причины, вызвавшие эти изменения.
В результате проведенного исследования были получены следующие основные результаты и выводы.
1. Сформированы региональные базы данных гидрологических (среднегодовые, среднемесячные, максимальные и минимальные в году расходы воды в 20 пунктах наблюдений) и климатических (среднегодовые и среднемесячные температуры воздуха и осадки на 22 метеостанциях) характеристик по территории Республики Узбекистан и проведена оценка качества данных, включая оценку однородности экстремумов эмпирических распределений и стационарности средних значений и дисперсий, а также осуществлено приведение непродолжительных рядов наблюдений к многолетнему периоду.
2. На основании моделирования многолетних временных рядов годового стока было установлено, что практически во всех створах он уменьшается и это уменьшение статистически значимо для 7 рядов на реках бассейна Амударьи и в одном створе на Сырдарье и начало нарушения стационарности относится в основном к 1960-70м годам. Анализ и моделирование рядов факторов формирования годового стока позволило установить, что увеличение среднегодовых температур воздуха имело место с конца 1990х годов, а суммы годовых осадков пока еще остаются стационарными. Поэтому уменьшение среднегодовых расходов воды обусловлено как влиянием хозяйственной деятельности (водозаборы и безвозвратные потери на фильтрацию и испарение), так и добавившемуся к этому дополнительному испарению с водосборов за счет роста среднегодовой температуры в 1990 годах.
3. Для многолетних рядов максимальных расходов воды имеет место как нестационарность дисперсий, так и средних значений. Нестационарность дисперсий обусловлена большими максимальными расходами воды, которые имели место на р.Сырдарье и Кашкадарье в 1969 г. и в 1973 г. В общем случае модели нестационарного среднего эффективны всего в 6 случаях из 20 и в осномном обусловлены наличием экстремумов в первой части ряда. Если рассматривать ряды только за последний период с 2000 г., то наблюдается тенденция уменьшения максимальных расходов воды на реках Сырдарья, Амударья, Сурхандарья и Кашкадарья (рижний бьеф Чимкурганского водохранилища), а на остальных притоках Сырдарьи и Амударьи ряды остаются стационарными. Поэтому наблюдаемые уменьшения максимальных расходов воды обусловлены влиянием хозяйственной деятельности в виде водозаборов и регулирования стока водохранилищами.
4. Нестационарность средних значений и дисперсий проявляется практически во всех рядах наблюдений минимальных в году расходов воды и это одна из самых нестационарных гидрологических характеристик. Вид установленной нестационарности разный и средние значения и дисперсии как увеличиваются, так и уменьшаются. Все эти разнонаправленные изменения могут быть обусловлены только влияние хозяйственной деятельности за счет регулирования стока в меженный период года.
5. Моделирование среднемесячных расходов воды на примере двух створов на р.Амударье и Сырдарье осуществлено для того, чтобы выявить месяцы, расходы в которые приводят к нестационарности годового стока. Получено, что виды нестационарности могут быть как разные, так и одинаковые в разные месяцы года. Так для створа на р.Сырдарья получено, что в месяцы холодного периода года имеет место один вид нестационарности, а в месяцы теплого периода года - другой. Для поста на р.Амударья многолетнее снижение расходов воды имеет место во все месяцы года за исключением сентября. В весенние месяцы помимо нестационарности средних значений еще добавляется и нестационарность дисперсий, которые уменьшаются. Анализ факторов среднемесячных расходов воды позволил установить, что осадки являются стационарными во все месяцы года и даже на высокогорных станциях. Нестационарность в рядах среднемесячных температур воздуха проявляется не во все месяцы года, а в основном весной и осенью,
1. Сформированы региональные базы данных гидрологических (среднегодовые, среднемесячные, максимальные и минимальные в году расходы воды в 20 пунктах наблюдений) и климатических (среднегодовые и среднемесячные температуры воздуха и осадки на 22 метеостанциях) характеристик по территории Республики Узбекистан и проведена оценка качества данных, включая оценку однородности экстремумов эмпирических распределений и стационарности средних значений и дисперсий, а также осуществлено приведение непродолжительных рядов наблюдений к многолетнему периоду.
2. На основании моделирования многолетних временных рядов годового стока было установлено, что практически во всех створах он уменьшается и это уменьшение статистически значимо для 7 рядов на реках бассейна Амударьи и в одном створе на Сырдарье и начало нарушения стационарности относится в основном к 1960-70м годам. Анализ и моделирование рядов факторов формирования годового стока позволило установить, что увеличение среднегодовых температур воздуха имело место с конца 1990х годов, а суммы годовых осадков пока еще остаются стационарными. Поэтому уменьшение среднегодовых расходов воды обусловлено как влиянием хозяйственной деятельности (водозаборы и безвозвратные потери на фильтрацию и испарение), так и добавившемуся к этому дополнительному испарению с водосборов за счет роста среднегодовой температуры в 1990 годах.
3. Для многолетних рядов максимальных расходов воды имеет место как нестационарность дисперсий, так и средних значений. Нестационарность дисперсий обусловлена большими максимальными расходами воды, которые имели место на р.Сырдарье и Кашкадарье в 1969 г. и в 1973 г. В общем случае модели нестационарного среднего эффективны всего в 6 случаях из 20 и в осномном обусловлены наличием экстремумов в первой части ряда. Если рассматривать ряды только за последний период с 2000 г., то наблюдается тенденция уменьшения максимальных расходов воды на реках Сырдарья, Амударья, Сурхандарья и Кашкадарья (рижний бьеф Чимкурганского водохранилища), а на остальных притоках Сырдарьи и Амударьи ряды остаются стационарными. Поэтому наблюдаемые уменьшения максимальных расходов воды обусловлены влиянием хозяйственной деятельности в виде водозаборов и регулирования стока водохранилищами.
4. Нестационарность средних значений и дисперсий проявляется практически во всех рядах наблюдений минимальных в году расходов воды и это одна из самых нестационарных гидрологических характеристик. Вид установленной нестационарности разный и средние значения и дисперсии как увеличиваются, так и уменьшаются. Все эти разнонаправленные изменения могут быть обусловлены только влияние хозяйственной деятельности за счет регулирования стока в меженный период года.
5. Моделирование среднемесячных расходов воды на примере двух створов на р.Амударье и Сырдарье осуществлено для того, чтобы выявить месяцы, расходы в которые приводят к нестационарности годового стока. Получено, что виды нестационарности могут быть как разные, так и одинаковые в разные месяцы года. Так для створа на р.Сырдарья получено, что в месяцы холодного периода года имеет место один вид нестационарности, а в месяцы теплого периода года - другой. Для поста на р.Амударья многолетнее снижение расходов воды имеет место во все месяцы года за исключением сентября. В весенние месяцы помимо нестационарности средних значений еще добавляется и нестационарность дисперсий, которые уменьшаются. Анализ факторов среднемесячных расходов воды позволил установить, что осадки являются стационарными во все месяцы года и даже на высокогорных станциях. Нестационарность в рядах среднемесячных температур воздуха проявляется не во все месяцы года, а в основном весной и осенью,