Регулирующая способность озера Ильмень и его водосбора
|
Введение 4
1 Физико-географическая характеристика озера Ильмень и его 6
водосбора
1.1 Характеристика озера Ильмень 6
1.2 Рельеф озера и его водосбора 10
1.3 Геологическое строение 12
1.4 Растительность 13
1.5 Климат 15
1.6 Гидрография водосбора 17
1.7 Антропогенная нагрузка 19
2 Многолетние колебания гидрометеорологических характеристик 24
2.1 Квантильный анализ многолетней изменчивости гидрометеорологических характеристик 24
2.2 Квантильный анализ многолетней изменчивости температуры воздуха 27
2.3 Квантильный анализ многолетней изменчивости осадков 30
2.4 Квантильный анализ многолетней изменчивости речного притока 33
2.5 Квантильный анализ многолетней изменчивости уровня и стока из озера 37
3 Внутригодовые колебания гидрометеорологических характеристик 39
3.1 Методы теории периодически коррелированных случайных 39
процессов (ПКСП)
3.2 Особенности внутригодового хода температуры воздуха 40
3.3 Особенности внутригодового хода осадков 45
3.4 Особенности внутригодового хода речного притока 49
3.5 Особенности внутригодового хода уровня и стока из озера 54
4 Оценка регулирующей способности озера Ильмень 58
4.1 Обобщение результатов анализа в терминах вероятностных 58
моделей
4.2 Оценка регулирующей способности озера Ильмень и его водосбора 60
Заключение 63
Список использованных источников 66
Приложение А Среднемесячные и среднегодовые расходы 67
воды
Приложение Б Среднемесячные и среднегодовые уровни воды 71
Приложение В Среднемесячные и среднегодовые температуры воздуха 72
Приложение Г Среднемесячное и среднегодовое количество осадков 77
Приложение Д Численные значения оценок математического ожидания m*(t) и дисперсии D*(t) для внутригодового хода температуры воздуха 82
Приложение Е Численные значения оценок математического 87
ожидания m*(t) и дисперсии D*(t) для внутригодового хода осадков
Приложение Ж Численные значения оценок математического ожидания m*(t) и дисперсии D*(t) для внутригодового хода расходов воды 92
Приложение З Численные значения оценок математического ожидания m*(t) и дисперсии D*(t) для внутригодового хода уровня 96
1 Физико-географическая характеристика озера Ильмень и его 6
водосбора
1.1 Характеристика озера Ильмень 6
1.2 Рельеф озера и его водосбора 10
1.3 Геологическое строение 12
1.4 Растительность 13
1.5 Климат 15
1.6 Гидрография водосбора 17
1.7 Антропогенная нагрузка 19
2 Многолетние колебания гидрометеорологических характеристик 24
2.1 Квантильный анализ многолетней изменчивости гидрометеорологических характеристик 24
2.2 Квантильный анализ многолетней изменчивости температуры воздуха 27
2.3 Квантильный анализ многолетней изменчивости осадков 30
2.4 Квантильный анализ многолетней изменчивости речного притока 33
2.5 Квантильный анализ многолетней изменчивости уровня и стока из озера 37
3 Внутригодовые колебания гидрометеорологических характеристик 39
3.1 Методы теории периодически коррелированных случайных 39
процессов (ПКСП)
3.2 Особенности внутригодового хода температуры воздуха 40
3.3 Особенности внутригодового хода осадков 45
3.4 Особенности внутригодового хода речного притока 49
3.5 Особенности внутригодового хода уровня и стока из озера 54
4 Оценка регулирующей способности озера Ильмень 58
4.1 Обобщение результатов анализа в терминах вероятностных 58
моделей
4.2 Оценка регулирующей способности озера Ильмень и его водосбора 60
Заключение 63
Список использованных источников 66
Приложение А Среднемесячные и среднегодовые расходы 67
воды
Приложение Б Среднемесячные и среднегодовые уровни воды 71
Приложение В Среднемесячные и среднегодовые температуры воздуха 72
Приложение Г Среднемесячное и среднегодовое количество осадков 77
Приложение Д Численные значения оценок математического ожидания m*(t) и дисперсии D*(t) для внутригодового хода температуры воздуха 82
Приложение Е Численные значения оценок математического 87
ожидания m*(t) и дисперсии D*(t) для внутригодового хода осадков
Приложение Ж Численные значения оценок математического ожидания m*(t) и дисперсии D*(t) для внутригодового хода расходов воды 92
Приложение З Численные значения оценок математического ожидания m*(t) и дисперсии D*(t) для внутригодового хода уровня 96
Озеро Ильмень и его водосборная площадь расположены в пределах экономически развитого региона Северо-Запада России, в котором интенсивно развиваются сельское хозяйство, а также различные отросли легкой, пищевой, лесной и тяжелой промышленности, а на самом озере водный транспорт. Густая сеть рек и озер Северо-Запада России, значительная заболоченность его территории приводит к большой степени естественной зарегулированности стока, как отдельных рек, так и всего района в целом. В результате заметно зарегулирован сток реки Волхов. Центральное регулирующее звено района - озеро Ильмень. В связи с этим, особый интерес представляет получение количественной оценки его регулирующей способности. Качественные представления о регулирующей роли рек и озерно-речных бассейнов в гидрологии суши известны. Так, примирительно к озерам - это перераспределение по высоте и во времени расходов воды реки, протекающей через озеро. Применительно к рекам речь идет о регулирующем влиянии физикогеографических факторов (аккумулирующая роль озер, толщи грунтов, карста: орография, залесенность и заболоченность) на климатический сток. Для оценки этого влияния используют соответствующие формулы и коэффициенты.
Озеро Ильмень является уникальным природным объектом. Его максимальная глубина достигает десяти метров, а площадь его водосбора в девяносто раз превышает площадь самого озера. В результате этого озеро имеет сильный водообмен, (четыре раза в год). Озера с сильным водообменом во много имеют режим, близкий к режиму речного стока. Исследование водного баланса озера Ильмень показали, что основными компонентами, влияющими на режим озера, является суммарный приток и расход единственной вытекающей реки - Волхов.
Цель настоящей работы состоит в оценке регулирующей способности одного из озер с сильным (интенсивным) водообменом - озеро Ильмень. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
а) оценить вероятностные характеристики, адекватно отражающие регулирующую способность озера Ильмень;
б) выявить диапазон временной изменчивости, в котором регулирующая роль озера Ильмень максимальна.
Для решения поставленных задач в работе использовались данные наблюдений за температурой воздуха и количеству выпавших осадков на метеостанциях водосбора озера с 1961 по 1988 года (г. Валдай, г. Великие Луки, г. Псков, г. Новгород и Волховская ГЭС); данные наблюдений над расходами рек (Мста, Ловать, Шелонь и Волхов) с 1945 по 1988 года и уровню озера Ильмень с 1945 по 1988 года. Для установления внутригодовых колебаний используются среднемесячные значения. Для анализа многолетней изменчивости используются среднегодовые величины.
Анализируемые процессы рассматриваются как вероятностные полициклические процессы с основными энергонесущими зонами в диапазонах частот, соответствующих многолетними (Т > 1 года) и внутригодовыми колебаниями (Т < 1 года) колебаниями. Реализация среднемесячных значений рассматриваются как периодически коррелированные случайные процессы, а реализации среднегодовых - как стационарные случайные процессы.
Озеро Ильмень является уникальным природным объектом. Его максимальная глубина достигает десяти метров, а площадь его водосбора в девяносто раз превышает площадь самого озера. В результате этого озеро имеет сильный водообмен, (четыре раза в год). Озера с сильным водообменом во много имеют режим, близкий к режиму речного стока. Исследование водного баланса озера Ильмень показали, что основными компонентами, влияющими на режим озера, является суммарный приток и расход единственной вытекающей реки - Волхов.
Цель настоящей работы состоит в оценке регулирующей способности одного из озер с сильным (интенсивным) водообменом - озеро Ильмень. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
а) оценить вероятностные характеристики, адекватно отражающие регулирующую способность озера Ильмень;
б) выявить диапазон временной изменчивости, в котором регулирующая роль озера Ильмень максимальна.
Для решения поставленных задач в работе использовались данные наблюдений за температурой воздуха и количеству выпавших осадков на метеостанциях водосбора озера с 1961 по 1988 года (г. Валдай, г. Великие Луки, г. Псков, г. Новгород и Волховская ГЭС); данные наблюдений над расходами рек (Мста, Ловать, Шелонь и Волхов) с 1945 по 1988 года и уровню озера Ильмень с 1945 по 1988 года. Для установления внутригодовых колебаний используются среднемесячные значения. Для анализа многолетней изменчивости используются среднегодовые величины.
Анализируемые процессы рассматриваются как вероятностные полициклические процессы с основными энергонесущими зонами в диапазонах частот, соответствующих многолетними (Т > 1 года) и внутригодовыми колебаниями (Т < 1 года) колебаниями. Реализация среднемесячных значений рассматриваются как периодически коррелированные случайные процессы, а реализации среднегодовых - как стационарные случайные процессы.
Густая сеть рек и озер Северо-Запада России, значительная заболоченность его территории приводит к большой степени естественной зарегулированности стока, как отдельных рек, так и всего района в целом. В результате заметно зарегулирован и сток реки Волхов. Центральное регулирующее звено района - озеро Ильмень. В связи с этим, особый интерес представляет получение количественной оценки его регулирующей способности. Для оценки регулирующей способности озера Ильмень использовались данные среднемесячных и среднегодовых сумм осадков и температур воздуха на водосборе озера Ильмень по данным наблюдений на гидрометеорологических станциях г. Псков, г. Валдай, г. Великие Луки и г. Новгород, расходах на реках Ловать, Мста и Шелонь, впадающих в озеро, вытекающей реки Волхов, а так же данные об уровне озера Ильмень. Период наблюдений для метеорологических параметров на станциях составил с 1961 по 1988 годы, а период наблюдений на реках и озере Ильмень с 1945 по 1988 годы.
Реализация среднегодовых и среднемесячных значений рассматривались как случайные процессы. Для установления многоводных и маловодных лет по речному стоку, сухих и влажных лет по осадкам, холодных и теплых лет по температуре воздуха использовался квантильный анализ. В качестве основных вероятностных характеристик привлекались квантили Qmin, Q0.25, Q0.5, Q0.75, Qmax и производные от их величины. Реализации среднемесячных значений рассматривалась как периодически коррелированные случайные процессы. В качестве основных вероятностных характеристик внутригодового хода использовались математическое ожидание m(t), дисперсия D(t), корреляционные зависимости внутригодовой K(t,i) (при т = 1 месяц) и межгодовой K(t,i) (при т = 1 год) изменчивости.
Анализ среднегодовых значений температуры воздуха показал, что за период наблюдений с 1961 по 1988 годы отмечается незначительный тренд на повышение. Квантильный анализ позволяет выявить, что холодные условия на всех станциях водосбора наблюдались в 1965-66, 1969, 1976, 1985 и 1987 годах, теплые - в 1961, 1974-75 и 1983. Анализируя внутригодовой ход температуры воздуха видно, что норма (оценка математического ожидания m(t)) имеет максимальные значения в июле - августе. Отклонение от нормы (оценка дисперсии D(t)) характеризуется максимумом в феврале, а минимумом - в июле-августе. Таким образом, график хода D(t) зеркально отражает график хода m(t). Это связано с тем, что в большей степени от года к году меняются минимальные значения температуры воздуха, а в меньшей степени - максимальные. Анализируя годовые суммы осадков видно, что также отмечается незначительный тренд на их повышение. Квантильный анализ показал, что максимальное количество осадков в пределах всего водосбора выпало в 1977 году, минимальное - в 1963 - 1965. При анализе внутригодового хода осадков видно, что норма (оценка математического ожидания m (t)) имеет максимальные значения в летнее-осенние месяцы, а именно: июль на станциях Великие Луки, Псков, Новгород; август - Волхов, сентябрь - Валдай, октябрь - Волхов. График дисперсии D (t) имеет практически когерентный ход с графиком m (t).
Анализ средних годовых расходов показал, что в период с 1945 по 1988 годы на реках-притоках в озеро Ильмень наблюдался незначительный тренд на повышение, кроме реки Мста. Уровень озера имеет незначительный тренд на повышение, а на реке Волхов - тренд практически отсутствует. Маловодные и многоводные годы наблюдались на реках неоднократно. Так 1953, 1957, 1962, 1978 и 1986 стали многоводными для всех рек бассейна. 1987 стал экстремально многоводным для рек Ловать, Мста и Шелонь, 1953 для Волхова. Маловодными годами для всех рек стали 1963-64 и 1972-73.
Анализируя внутригодовой ход притока, уровня и стока из озера, можно сказать, что фазы водного режима выражены четко. Из года в год повторяется весеннее половодье, летняя межень, осеннее-дождевой паводок, и зимняя межень. В отдельные годы наблюдаются и летние дождевые паводки...
Реализация среднегодовых и среднемесячных значений рассматривались как случайные процессы. Для установления многоводных и маловодных лет по речному стоку, сухих и влажных лет по осадкам, холодных и теплых лет по температуре воздуха использовался квантильный анализ. В качестве основных вероятностных характеристик привлекались квантили Qmin, Q0.25, Q0.5, Q0.75, Qmax и производные от их величины. Реализации среднемесячных значений рассматривалась как периодически коррелированные случайные процессы. В качестве основных вероятностных характеристик внутригодового хода использовались математическое ожидание m(t), дисперсия D(t), корреляционные зависимости внутригодовой K(t,i) (при т = 1 месяц) и межгодовой K(t,i) (при т = 1 год) изменчивости.
Анализ среднегодовых значений температуры воздуха показал, что за период наблюдений с 1961 по 1988 годы отмечается незначительный тренд на повышение. Квантильный анализ позволяет выявить, что холодные условия на всех станциях водосбора наблюдались в 1965-66, 1969, 1976, 1985 и 1987 годах, теплые - в 1961, 1974-75 и 1983. Анализируя внутригодовой ход температуры воздуха видно, что норма (оценка математического ожидания m(t)) имеет максимальные значения в июле - августе. Отклонение от нормы (оценка дисперсии D(t)) характеризуется максимумом в феврале, а минимумом - в июле-августе. Таким образом, график хода D(t) зеркально отражает график хода m(t). Это связано с тем, что в большей степени от года к году меняются минимальные значения температуры воздуха, а в меньшей степени - максимальные. Анализируя годовые суммы осадков видно, что также отмечается незначительный тренд на их повышение. Квантильный анализ показал, что максимальное количество осадков в пределах всего водосбора выпало в 1977 году, минимальное - в 1963 - 1965. При анализе внутригодового хода осадков видно, что норма (оценка математического ожидания m (t)) имеет максимальные значения в летнее-осенние месяцы, а именно: июль на станциях Великие Луки, Псков, Новгород; август - Волхов, сентябрь - Валдай, октябрь - Волхов. График дисперсии D (t) имеет практически когерентный ход с графиком m (t).
Анализ средних годовых расходов показал, что в период с 1945 по 1988 годы на реках-притоках в озеро Ильмень наблюдался незначительный тренд на повышение, кроме реки Мста. Уровень озера имеет незначительный тренд на повышение, а на реке Волхов - тренд практически отсутствует. Маловодные и многоводные годы наблюдались на реках неоднократно. Так 1953, 1957, 1962, 1978 и 1986 стали многоводными для всех рек бассейна. 1987 стал экстремально многоводным для рек Ловать, Мста и Шелонь, 1953 для Волхова. Маловодными годами для всех рек стали 1963-64 и 1972-73.
Анализируя внутригодовой ход притока, уровня и стока из озера, можно сказать, что фазы водного режима выражены четко. Из года в год повторяется весеннее половодье, летняя межень, осеннее-дождевой паводок, и зимняя межень. В отдельные годы наблюдаются и летние дождевые паводки...
Подобные работы
- Системное моделирование процессов водообмена на водосборах
Бакалаврская работа, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4285 р. Год сдачи: 2023