ВВЕДЕНИЕ 4
1 Физико-географическая характеристика района 6
1.1 Географическое положение 6
1.2 Рельеф и геологическое строение 7
1.3 Почва 9
1.4 Растительность 9
1.5 Характеристика ледового режима реки Печора 9
1.6 Климатическая характеристика 13
2 Методы прогноза максимальных заторных уровней 16
2.1 Методы оценки риска и прогноза зажорных и заторных наводнений . ... 16
2.1.1 Прогнозирование зажоров льда и максимальных зажорных уровней . 16
2.1.2 Прогноз максимальных заторных уровней воды 19
2.1.3 Методика прогнозов заторов и обусловленных ими уровней воды на
реках севера ЕТР 35
2.2 Прогнозирование заторов и максимальных заторов уровней воды 42
2.2.1 Прогноз образования возможных участков и зон заторов льда на реках
42
2.2.2 Прогнозирование подъема уровня воды и возможность последствий
заторного наводнения 43
3 Разработка методики прогноза максимальных заторных уровней на реке
Печора в районе города Печора 45
3.1 Характеристика заторных участков 45
3.2 Исходные данные для разработки методики 49
3.3 Методика прогноза максимальных заторных уровней 51
3.4 Метод кластерного анализа 58
3.4.1 Метод k - средних 59
3.4.2 Метод иерархической классификации 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 80
Приложение А. Исходные гидрометеорологические данные для разработки методики прогноза 84
Приложение Б. Исходные гидрометеорологические данные и результаты проверки методики на зависимом материале
Заторы льда на реке Печора обычно являются причиной подъемов уровней воды выше опасной отметки 700 см над нулем графика водпоста Усть-Кожва, вызывающих подтопление хозяйственных и жилых объектов. По данным каталога заторных и зажорных явлений на реках севера ЕТР [22] заторы на этом участке имели повторяемость 77%. В настоящее время, согласно данным Коми ЦГМС, частота заторов льда на р. Печора ниже города значительно повысилась, вызывая подтопление в пос. Путеец, пос. Набережный, на территории Кожвинской нефтебазы и других пониженных участках города Печора, а также подтопление автодорог и городских коммуникаций [33].
Поскольку заторные явления относятся к опасным и приводят к значительному материальному ущербу, заблаговременное их предсказание является важной задачей, позволяющей разработать мероприятия по предотвращению их негативного воздействия.
Целью исследования - разработка методики прогноза максимальных за-торных уровней на реке Печора на водпосту Усть-Кожва.
Задачи исследования включают:
1) изучение особенностей формирования заторов на реке Печора;
2) сбор исходные гидрометеорологических данных;
3) анализ условий формирования и выбор наиболее информативных пре-дикторов;
4) разработка методики прогноза и оценка ее эффективности;
5) апробация методики на независимом материале.
Объектом исследования является уровенный режим реки Печора, на затор-ном участке вблизи города Печора.
Методической основой работы является использование статистических методов анализа информации, в том числе и методы многомерного анализа.
Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты могут быть использованы в оперативной прогностической работе Коми ЦГМС.
В выпускной работе разрабатывалась методика прогноза максимальных заторных уровней на реке Печора.
На первом этапе была подготовлена физико-географическая характеристика района исследования, изучены особенности ледового режима реки Печора.
На втором этапе были изучены существующие методы прогноза заторных и зажорных уровней воды на реках северных регионов. Анализ выполненных ранее разработок показал, что из-за особенностей формирования заторов на каждом конкретном участке, в настоящее время не существует единой методики прогнозирования. В основе применяемых методов чаще всего лежит статистический анализ связи прогнозируемого уровня воды от определяющих его факторов. К последним относятся как метеорологические характеристики (температура воздуха), так и гидрологические характеристики (расходы и уровни воды на исследуемом и вышележащем участках, характерные даты наступлений различных видов ледовых явлений, сведения о толщине льда и другие). Для конкретного участка водного объекта совокупность определяющих факторов может отличаться даже от набора факторов на соседнем участке.
На третьем этапе выполнения выпускной работы были изучены особенности формирования заторов на р. Печора в районе города Печора. В ходе исследования выявлены участки реки, где формируются скопления льда, вызывающие стеснение русла и приводящие к подъемам уровней воды. Анализ условий формирования максимальных заторных уровней воды на р. Печора в районе г. Печора показал, что наблюдается их неоднородность год от года: различие мест образования заторов, ледовых условий, водности реки и других факторов. Для разработки методики были собраны сведения по гидрометеорологическим характеристикам за период с 1921 по 2021 год.
На следующем этапе была изучена методика, применяемая в настоящее время в Коми ЦГМС. Методика разрабатывалась в 80-ых годах прошлого века под руководством с.н.с. Государственного гидрологического института Бузина В.А. прошлого века и нуждается в усовершенствовании. В ходе выполнения выпускной работы используемые в методики прогностические уравнения были уточнены с учетом данных последних лет. Была проведена апробация обновленной методики как на зависимом, так и независимом материале (2017 - 2021 гг.), выполнена оценка оправдываемости прогнозов и эффективности методики. Однако апробация используемой в настоящее время в Коми ЦГМС методики, усовершенствованной за счет включения данных последних лет, показала ее недостаточную эффективность. Это подтверждает тот факт, что вы-явленная неоднородность условий образования не позволяет разработать универсальную методику прогноза максимальных заторных уровней.
Для решения данной проблемы балы начата разработка дискретно-не-прерывной модели, позволяющей разделить случаи формирования максимальных заторных уровней на классы и для каждого из них разработать свою про-гностическую методику. В ходе проведенной работы был выполнен кластерный анализ, которые позволил выделить три класса случаев формирования максимальных уровней в зависимости от максимальный уровней вскрытия на посту Усть-Кожва, расходов воды при вскрытии по посту Усть-Кожва и рас-ходов воды на посту Усть-Щугор в день вскрытия на посту Усть-Кожва.
Дальнейшие исследования будут направлены на построение многофакторных прогностических зависимостей с использованием дискриминантного анализа и с учетом принадлежности к классу.
