Введение 4
1 Физико-географическое и климатическое описание района 6
исследования
1.1 Г еографическое положение 6
1.2 Рельеф и геологическое строение 7
1.3 Почвенный покров 8
1.4 Растительность 9
1.5 Гидрографическая сеть 10
1.6 Климат 12
1 7 Исходные данные, описание гидрологических и метеорологиче¬ 14
. ских постов
1.7.1 Река Северная Двина - город Котлас 14
1.7.2 Река Северная Двина - д. Абрамково 15
1.7.3 Река Северная Двина - село Нижняя Тойма 15
1.7.4 Река Северная Двина - деревня Сидоровская 16
1.7.5 Река северная Двина - поселок Березник 17
1.7.6 Река Северная Двина - деревня Звоз 17
1.7.7 Река Северная Двина - село Усть-Пинега 18
1 7 8 Данные о температуре воздуха и описание метеорологических 19
.. станций
1.8 Ледовые явления 20
1.9 Толщина льда 20
1.10 Толщина снежного покрова 21
2 Математический аппарат 22
21 Определение дат устойчивого перехода температуры воздуха 22
. через 0 оС
2.2 Регрессионный анализ 23
2.3 Оценка прогнозов S/o 24
3 Расчеты и прогнозы ледовых явлений 27
3.1 Определение связей 27
3.1.1 Начало ледовых явлений 27
3.1.2 Начало ледостава 29
3.1.3 Окончание ледостава 31
3.1.4 Окончание ледовых явлений 32
3.1.5 Толщина льда 34
3.2 Поверочный прогноз 37
Заключение 40
Список используемых источников 42
Приложение А - Комплексные хронологические графики температуры воздуха и ледовых явлений за период 2008 - 2020 44
гг.
Приложение Б - Графики определения связи ледовых явлений и толщины льда за период 2008 - 2020 гг.
Приложение В - Графики связи и сравнений толщины льда для оценки прогноза
Ледовые образования на реках возникают при понижении температуры воды до 0 °С. Существуют три характерные фазы ледового режима: замерзание, ледостав и вскрытие.
При промерзании во всей массе водного потока начинают возникать кристаллы льда. Всплывший на поверхность и находящийся в глубине потока внутриводный лед в виде комьев, называют шугой, а движение шуги на поверхности и внутри водного потока - шугоходом. Шуга от соприкосновения с холодным воздухом смерзается и переходит в плотное кристаллическое состояние, способствуя образованию зажора. Понижение температуры воздуха способствует возникновению сплошного ледяного покрова - ледостава. Процесс нарастания толщины льда зависит от температуры воздуха, теплопроводности льда и снега и их начальной толщины, и скорости течения воды. Однако главным фактором, определяющим толщину льда, является сумма отрицательных температур воздуха.
Ледяной покров разрушается под влиянием положительных температур воздуха и под влиянием динамического воздействия водного и воздушного потоков. Перед вскрытием рек происходят подвижки льда. На многих реках во время весеннего ледохода возникают заторы льда и из- за этого происходит резкий подъем уровня воды.
Изменение климата оказывает глобальное влияние на гидрологические циклы. Из-за того, что холодный период с каждым годом уменьшается, а теплый увеличивается, толщина льда будет сокращаться. Для этого каждый раз нужно обновлять и уточнять связь между ледовыми явлениями и климатом, чтобы прогнозы были оправдываемые.
Постановка цели и задачи исследования
Целями ВКР являются: прогнозирование изменений ледовых явлений и толщины ледяного покрова на основе исторических данных и текущих климатических условий; определение возможных рисков и угроз, то есть прогнозирование продолжительности ледового явления и климатических значений, которые могут привести к образованиям заторов, а в последствие к наводнениям на изучаемой территории.
Задачами ВКР являются: сбор и обработка информации о погодных условиях, географии региона, характеристики рек; применение статистических методов и моделей для прогнозирования ледовых явлений на северных реках; определение факторов, влияющих на ледовое образование, таких как температура воздуха, толщина ледяного покрова и продолжительность стояния льда на реке, которые влияют на ледовые явления.
В данной ВКР в качестве объекта исследования рассматривается река Северная Двина.
В ходе проделанной работы выполнились следующие задачи:
- Собран архив гидрометеорологических данных за период наблюдений с 1961 по 2020 год, который включает в себя ежедневную температуру воздуха, даты начала и окончания ледовых явлений. И были взяты данные по толщине ледяного и снежного покрова, за период наблюдений с 2008 по 2020 год.
- Построены хронологические графики всех исследуемых холодных
периодов и выявлены особенности формирования ледовых явлений. (Образование заторных явлений в створе г. Котлас в 2016, 2018, 2019 годах; с. Нижняя Тойма в 2008, 2009, 2010 годах; д. Сидоровская 2009, 2019;
р.п. Березник в 2008, 2009, 2013, 2018 годах; с. Усть-Пинега в 2011, 2012, 2018,
2019 годах. Прерывания ледостава в створе д. Абрамково в 2013, 2017 годах. Окончание ледостава раньше перехода температуры воздуха через 0 °С в створе д. Сидоровская в 2016 году; р.п. Березник в 2017, 2020 годах; с. Усть- Пинега 2017, 2020 годах)
- Рассмотрены соответствующие зависимости дат начала ледовых явлений и ледостава, а также их окончания от сумм отрицательных и положительных температур. Значимых связей за исследуемый период не выявлено, кроме как в створе д. Сидоровская за начало и окончание ледостава. Значение коэффициента корреляции в начале ледостава составило 0,92, при окончании 0,7.
- Рассмотрены зависимости толщин льда от суммы отрицательных температур. Получены значимые связи, за исключением зависимости толщины льда на гидрологическом посту г. Котлас в 2008 году. Значения коэффициента корреляции на середине реки составило 0,52, у берега 0,21.
- Выполнена параметризация указанной связи за период с 2008 по 2018 гг. и выполнен прогноз на независимом материале периода с 2015 по
2020 гг. в зависимости от рассматриваемого гидрологического створа. Дан
прогноз толщины льда и сделана оценка расчетов по критерию S/o. Все
поверочные прогнозы оправдались и методика для каждого створа эффективна.
