Изучение водного режима реки в районе Куйбышевского водохранилища
|
Введение 4
1. Основные характеристики водосбора.
1.1 Физико-географическая характеристика бассейна Куйбышевского 7
водохранилища
1.1.1 Климат 7
1.1.2 Геология и ландшафты 11
1.1.3 Почвы 13
1.1.4 Растительный покров 16
1.1.5 Подземные воды 19
1.2 Водный режим рек 23
2. Многолетние колебания водности рек
2.1 Квантильный анализ 27
2.2 Выделение трендов фильтром Баттерворта 40
3. Многолетние колебания водности Куйбышевского водохранилища
3.1 Методы теории периодически коррелированных случайных процессов 45
3.1.1 Графики многолетних колебаний основного притока Куйбышевского 49 водохранилища
3.1.2 График многолетнего колебания сброса Куйбышевского 52
водохранилища
3.1.3 График многолетнего колебания уровня воды Куйбышевского 53
водохранилища
3.2 Особенности внутригодового хода речного стока 54
3.3 Обобщение результатов анализа временной изменчивости речного стока в 70
терминах вероятностной модели
Заключение 75
Список использованной литературы 78
Приложения
Приложение А Схема гидрологического районирования 80
Приложение Б Среднемесячные расходы воды 82
Приложение В Среднегодовые расходы воды 86
Приложение Г Месячное и годовое количество осадков Куйбышевского вдхр.
Среднемесячные и годовые значения уровней воды
Расчет вероятностных характеристик внутригодовой изменчивости
для каждого месяца года
Список постов Куйбышевского водохранилища
1. Основные характеристики водосбора.
1.1 Физико-географическая характеристика бассейна Куйбышевского 7
водохранилища
1.1.1 Климат 7
1.1.2 Геология и ландшафты 11
1.1.3 Почвы 13
1.1.4 Растительный покров 16
1.1.5 Подземные воды 19
1.2 Водный режим рек 23
2. Многолетние колебания водности рек
2.1 Квантильный анализ 27
2.2 Выделение трендов фильтром Баттерворта 40
3. Многолетние колебания водности Куйбышевского водохранилища
3.1 Методы теории периодически коррелированных случайных процессов 45
3.1.1 Графики многолетних колебаний основного притока Куйбышевского 49 водохранилища
3.1.2 График многолетнего колебания сброса Куйбышевского 52
водохранилища
3.1.3 График многолетнего колебания уровня воды Куйбышевского 53
водохранилища
3.2 Особенности внутригодового хода речного стока 54
3.3 Обобщение результатов анализа временной изменчивости речного стока в 70
терминах вероятностной модели
Заключение 75
Список использованной литературы 78
Приложения
Приложение А Схема гидрологического районирования 80
Приложение Б Среднемесячные расходы воды 82
Приложение В Среднегодовые расходы воды 86
Приложение Г Месячное и годовое количество осадков Куйбышевского вдхр.
Среднемесячные и годовые значения уровней воды
Расчет вероятностных характеристик внутригодовой изменчивости
для каждого месяца года
Список постов Куйбышевского водохранилища
Волга - одна из величайших рек не только России, но и всего мира. Берёт начало на одном из наиболее возвышенных пунктов Валдайского плоскогорья, вытекая из незначительного родника, лежащего посредине болотистых озёр. Затем извилистая долина реки проходит от запада к востоку через всю центральную низменность Европейской России, почти вплоть до предгорий Урала. Протяженность Волги до создания водохранилищ и постройки Волжского каскада ГЭС составляла 3690 км, на сегодняшний день — 3530 км. Волга занимает 6 место по длине среди рек России и 16 место — среди рек всего земного шара, но превосходит по длине все реки мира, впадающие во внутренние водоемы.
Площадь Волжского бассейна 1 млн 360 тыс. км2, что составляет около 1/3 Европейской части РФ. Система бассейна Волги включает 151 тыс. рек, ручьев и временных водотоков общей протяженностью 574 тыс. км. В Волгу впадает 200 притоков.
Питание:
• 60% — талые снеговые воды
• 30% — грунтовые воды
• 10% — дождевые воды (главным образом летом)
Естественный режим характеризуется весенним половодьем (апрель - июнь), малой водностью в период летней и зимней межени и осенними дождевыми паводками (октябрь). Годовые колебания уровня Волги до сооружения каскада гидроузлов достигали у Твери 11 м, ниже Камского устья - 15-17м и у Астрахани - 3 м.
Годовой режим Волги изменился после создания водохранилищ (особенно Рыбинского): в верховьях река стала вскрываться позднее, а в низовьях — раньше, разлив реки и амплитуда колебания уровня воды уменьшилась, весеннее половодье теперь выражено слабее, так как весенний сток контролируется и почти полностью аккумулируется водохранилищами.
Волжско-Камский каскад является крупнейшей транспортно-водно-энергетической системой в Европе, на территории которого располагаются крупные города с развивающейся инфраструктурой.
Расположенное в пределах высокоразвитых Поволжского и Волго- Вятского экономических районов и являясь водоёмом комплексного назначения, Куйбышевское вдхр. играет большую экономическую и районообразующую роль, а также существенно влияет на природу прилегающих территорий. Это основной сезонный регулятор стока на Средней и Нижней Волге. Минимальный же уровень Волги был повышен на 1,9 м. С образованием водохранилища, сформировался сложнейший водохозяйственный комплекс водопотребителей - водопользователей, представляющих различные отрасли народного хозяйства. В результате значительно изменена инфраструктура огромных территорий, прилегающих к водоёму, что способствовало решению многих народнохозяйственных задач. Направление и развитие отраслей народного хозяйства определяется ресурсами водоёма, прежде всего, водными.
Для обеспечения указанных потребностей в воде, в условиях быстрорастущих городов и интенсивно развивающейся промышленности, необходимо иметь сведения о состоянии водных ресурсов данного района. Поэтому целью настоящей работы является изучение водного режима реки в районе Куйбышевского водохранилища.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
а) собрать информацию в различных источниках и подготовить временные ряды расходов воды;
б) выполнить анализ многолетних колебаний водности рек;
в) провести анализ внутригодовых колебаний стока рек;
г) обобщить результаты анализа в терминах адекватных вероятностных моделей.
д) оценить влияние водохранилищ на естественный режим речного стока;
Для решения поставленных задач в работе использовались данные наблюдений за расходами воды реки Волга по пунктам: Нижнекамская ГЭС (р.Кама), р.Вятка - г.Вятские Поляны, Чебоксарская ГЭС, Жигулёвская ГЭС. Период наблюдений составляет с 1976 по 2010 гг. Данные наблюдений за осадками взяты по метеостанциям расположенных на территории водосбора.
Исходные данные: среднегодовые, среднемесячные расходы воды; среднегодовые, среднемесячные суммы осадков; среднегодовые и среднемесячная уровни воды во всему водохранилищу. Данные приведены в приложении.
Речной сток рассматривается, как вероятностный полициклический процесс с основными энергонесущими зонами в диапазонах частот, соответствующих многолетними (Т>1 года) и внутригодовыми (Т<1 года) колебаниями. Для анализа многолетней изменчивости привлекались ряды среднегодовых расходов, которые рассматривались как стационарные случайные процессы. Также для анализа многолетней изменчивости речного стока использовались ежегодные последовательности значений для характерных месяцев года, которые рассматривались как стационарные случайные процессы. Для их анализа привлекался квантильный анализ данных и методы низкочастотной фильтрации Баттерворта. Для установления особенностей внутригодовых колебаний использовались ряды среднемесячных расходов, которые интерпретировались как периодически коррелированные случайные процессы.
Площадь Волжского бассейна 1 млн 360 тыс. км2, что составляет около 1/3 Европейской части РФ. Система бассейна Волги включает 151 тыс. рек, ручьев и временных водотоков общей протяженностью 574 тыс. км. В Волгу впадает 200 притоков.
Питание:
• 60% — талые снеговые воды
• 30% — грунтовые воды
• 10% — дождевые воды (главным образом летом)
Естественный режим характеризуется весенним половодьем (апрель - июнь), малой водностью в период летней и зимней межени и осенними дождевыми паводками (октябрь). Годовые колебания уровня Волги до сооружения каскада гидроузлов достигали у Твери 11 м, ниже Камского устья - 15-17м и у Астрахани - 3 м.
Годовой режим Волги изменился после создания водохранилищ (особенно Рыбинского): в верховьях река стала вскрываться позднее, а в низовьях — раньше, разлив реки и амплитуда колебания уровня воды уменьшилась, весеннее половодье теперь выражено слабее, так как весенний сток контролируется и почти полностью аккумулируется водохранилищами.
Волжско-Камский каскад является крупнейшей транспортно-водно-энергетической системой в Европе, на территории которого располагаются крупные города с развивающейся инфраструктурой.
Расположенное в пределах высокоразвитых Поволжского и Волго- Вятского экономических районов и являясь водоёмом комплексного назначения, Куйбышевское вдхр. играет большую экономическую и районообразующую роль, а также существенно влияет на природу прилегающих территорий. Это основной сезонный регулятор стока на Средней и Нижней Волге. Минимальный же уровень Волги был повышен на 1,9 м. С образованием водохранилища, сформировался сложнейший водохозяйственный комплекс водопотребителей - водопользователей, представляющих различные отрасли народного хозяйства. В результате значительно изменена инфраструктура огромных территорий, прилегающих к водоёму, что способствовало решению многих народнохозяйственных задач. Направление и развитие отраслей народного хозяйства определяется ресурсами водоёма, прежде всего, водными.
Для обеспечения указанных потребностей в воде, в условиях быстрорастущих городов и интенсивно развивающейся промышленности, необходимо иметь сведения о состоянии водных ресурсов данного района. Поэтому целью настоящей работы является изучение водного режима реки в районе Куйбышевского водохранилища.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
а) собрать информацию в различных источниках и подготовить временные ряды расходов воды;
б) выполнить анализ многолетних колебаний водности рек;
в) провести анализ внутригодовых колебаний стока рек;
г) обобщить результаты анализа в терминах адекватных вероятностных моделей.
д) оценить влияние водохранилищ на естественный режим речного стока;
Для решения поставленных задач в работе использовались данные наблюдений за расходами воды реки Волга по пунктам: Нижнекамская ГЭС (р.Кама), р.Вятка - г.Вятские Поляны, Чебоксарская ГЭС, Жигулёвская ГЭС. Период наблюдений составляет с 1976 по 2010 гг. Данные наблюдений за осадками взяты по метеостанциям расположенных на территории водосбора.
Исходные данные: среднегодовые, среднемесячные расходы воды; среднегодовые, среднемесячные суммы осадков; среднегодовые и среднемесячная уровни воды во всему водохранилищу. Данные приведены в приложении.
Речной сток рассматривается, как вероятностный полициклический процесс с основными энергонесущими зонами в диапазонах частот, соответствующих многолетними (Т>1 года) и внутригодовыми (Т<1 года) колебаниями. Для анализа многолетней изменчивости привлекались ряды среднегодовых расходов, которые рассматривались как стационарные случайные процессы. Также для анализа многолетней изменчивости речного стока использовались ежегодные последовательности значений для характерных месяцев года, которые рассматривались как стационарные случайные процессы. Для их анализа привлекался квантильный анализ данных и методы низкочастотной фильтрации Баттерворта. Для установления особенностей внутригодовых колебаний использовались ряды среднемесячных расходов, которые интерпретировались как периодически коррелированные случайные процессы.
В настоящей работе выполнен анализ многолетних и внутригодовых колебаний водности реки Волга Куйбышевское водохранилище с использованием данных среднегодовых, среднемесячных расходов воды, а также извлеченных из них ежегодных последовательностей значений для характерных месяцев года.
Привлекались данные по постам на реке Вятка - г. Вятские Поляны, р.Кама - Нижнекамская ГЭС, р.Волга -Чебоксарская ГЭС и Жигулёвская ГЭС. Период наблюдений составил с 1976 по 2010 годы. Куйбышевское водохранилище является водохранилищем многолетнего регулирования. Естественно зарегулирован сток, только на реке Вятка. Куйбышевское водохранилище техногенно нарушено выше указанными гидросооружениями.
Многолетние колебания анализировались по традиционно используемым данным среднегодовых расходов воды. Ежегодные последовательности рассматривались как стационарные случайные процессы. Для установления многоводных и маловодных лет в стоке анализируемой реки привлекался квантильный анализ данных. В качестве основных вероятностных характеристик использовались квантили х„,„, х0.25, х0.5, х0.75, xmaxи основанные на них другие расчетные параметры.
Для выделения трендов на отрезках локальной нестационарности использовалась низкочастотная фильтрация Баттерворта.
Выполненный анализ показал, что в стоке реки Волга, в районе Куйбышевского водохранилища, на рассмотренных постах, многоводные условия пришлись на 1978-1979, 1981, 1983, 1985-1987, 1989-1991,1993-1994, 1997-1999,2001-2002, 2004-2005, 2007-2008 гг.;
Маловодные условия пришлись на 1976-1977,1981-1984, 1988-1989, 1991-1992, 1995-2000, 2002-2006, 2009-2010гг. Наблюдался, также экстремально маловодные год: 1976 по уровням воды. Экстремальных многоводных лет не было.
Результаты низкочастотной фильтрации среднегодовых уровней воды показали, что на Куйбышевском водохранилище, по данным наблюдений, имеется тренд на повышение водности с начала периода предоставленных данных. Сопоставив со среднегодовыми осадками, можно предположить, что сток Куйбышевского водохранилища был сформирован за счёт грунтового питания реки. Естественно зарегулированная река Вятка по фильтрации Беттерворта, соответствует стоку через гидроагрегаты
Жигулёвской ГЭС.
Внутригодовые колебания стока реки анализировались по реализациям среднемесячных расходов воды, которые рассматривались как периодически коррелированные случайные процессы. В качестве основных вероятностных характеристик внутригодового хода использовались оценки математического ожидания m(t), дисперсии D(t), корреляционных зависимостей внутригодовой K*(t,i), при т=1 месяц и межгодовой K*(t,T), при т=1 год изменчивости.
Выполненный анализ показал, что для Куйбышевского водохранилища выделяются два основных сезона: теплый (апрель - октябрь) с высоким половодьем и дождевыми паводками, и холодный (ноябрь - март) - с устойчивой зимней меженью.
Обобщение полученных в результате анализа сведений о внутригодовой и межгодовой колебаний речного стока в терминах модельных процессов авторегрессии первого порядка АР (1) позволяет оценить регулирующую способность водохранилищ.
Разница параметров вероятностных моделей, описывающих временную изменчивость расходов воды в пункте до водохранилища и после водохранилища, характеризуют регулирующую способность техногенных сооружений.
Параметры авторегрессии ф1, описывающие внутригодовые корреляционные зависимости, увеличиваются в январе с 0,55Нижнекамской ГЭС до 0,70 у Жигулёвской ГЭС. в феврале аналогичные оценки составляют 0,51 и 0,76, соответственно. Такая тенденция наблюдается в течении всего года. Таким образом, зарегулированность стока Жигулёвской ГЭС значительна в весь период.
Необходимо обратить внимание на увеличение параметров ф2, характеризующих межгодовую коррелированность речного стока, на реке Вятка до0,9 (январь, декабрь) по сравнению с аналогичными значениями на Нижнекамской ГЭС (0,5). Такое увеличение параметров ф2 возможно связано с тем, что река не зарегулирована гидрологическими сооружениями..
По параметру ф2 Жигулёвская ГЭС в июле равняется -0,08 это сопоставимо с осадками за тот же месяц. Можно предположить, что в этот период речной сток состоял, по большей части из грунтового питания
Привлекались данные по постам на реке Вятка - г. Вятские Поляны, р.Кама - Нижнекамская ГЭС, р.Волга -Чебоксарская ГЭС и Жигулёвская ГЭС. Период наблюдений составил с 1976 по 2010 годы. Куйбышевское водохранилище является водохранилищем многолетнего регулирования. Естественно зарегулирован сток, только на реке Вятка. Куйбышевское водохранилище техногенно нарушено выше указанными гидросооружениями.
Многолетние колебания анализировались по традиционно используемым данным среднегодовых расходов воды. Ежегодные последовательности рассматривались как стационарные случайные процессы. Для установления многоводных и маловодных лет в стоке анализируемой реки привлекался квантильный анализ данных. В качестве основных вероятностных характеристик использовались квантили х„,„, х0.25, х0.5, х0.75, xmaxи основанные на них другие расчетные параметры.
Для выделения трендов на отрезках локальной нестационарности использовалась низкочастотная фильтрация Баттерворта.
Выполненный анализ показал, что в стоке реки Волга, в районе Куйбышевского водохранилища, на рассмотренных постах, многоводные условия пришлись на 1978-1979, 1981, 1983, 1985-1987, 1989-1991,1993-1994, 1997-1999,2001-2002, 2004-2005, 2007-2008 гг.;
Маловодные условия пришлись на 1976-1977,1981-1984, 1988-1989, 1991-1992, 1995-2000, 2002-2006, 2009-2010гг. Наблюдался, также экстремально маловодные год: 1976 по уровням воды. Экстремальных многоводных лет не было.
Результаты низкочастотной фильтрации среднегодовых уровней воды показали, что на Куйбышевском водохранилище, по данным наблюдений, имеется тренд на повышение водности с начала периода предоставленных данных. Сопоставив со среднегодовыми осадками, можно предположить, что сток Куйбышевского водохранилища был сформирован за счёт грунтового питания реки. Естественно зарегулированная река Вятка по фильтрации Беттерворта, соответствует стоку через гидроагрегаты
Жигулёвской ГЭС.
Внутригодовые колебания стока реки анализировались по реализациям среднемесячных расходов воды, которые рассматривались как периодически коррелированные случайные процессы. В качестве основных вероятностных характеристик внутригодового хода использовались оценки математического ожидания m(t), дисперсии D(t), корреляционных зависимостей внутригодовой K*(t,i), при т=1 месяц и межгодовой K*(t,T), при т=1 год изменчивости.
Выполненный анализ показал, что для Куйбышевского водохранилища выделяются два основных сезона: теплый (апрель - октябрь) с высоким половодьем и дождевыми паводками, и холодный (ноябрь - март) - с устойчивой зимней меженью.
Обобщение полученных в результате анализа сведений о внутригодовой и межгодовой колебаний речного стока в терминах модельных процессов авторегрессии первого порядка АР (1) позволяет оценить регулирующую способность водохранилищ.
Разница параметров вероятностных моделей, описывающих временную изменчивость расходов воды в пункте до водохранилища и после водохранилища, характеризуют регулирующую способность техногенных сооружений.
Параметры авторегрессии ф1, описывающие внутригодовые корреляционные зависимости, увеличиваются в январе с 0,55Нижнекамской ГЭС до 0,70 у Жигулёвской ГЭС. в феврале аналогичные оценки составляют 0,51 и 0,76, соответственно. Такая тенденция наблюдается в течении всего года. Таким образом, зарегулированность стока Жигулёвской ГЭС значительна в весь период.
Необходимо обратить внимание на увеличение параметров ф2, характеризующих межгодовую коррелированность речного стока, на реке Вятка до0,9 (январь, декабрь) по сравнению с аналогичными значениями на Нижнекамской ГЭС (0,5). Такое увеличение параметров ф2 возможно связано с тем, что река не зарегулирована гидрологическими сооружениями..
По параметру ф2 Жигулёвская ГЭС в июле равняется -0,08 это сопоставимо с осадками за тот же месяц. Можно предположить, что в этот период речной сток состоял, по большей части из грунтового питания
Подобные работы
- ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕКИ СВИЯГИ ПО ГИДРОХИМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 5550 р. Год сдачи: 2017 - Оценка интенсивности процессов переформирования берегов Куйбышевского водохранилища
Бакалаврская работа, география. Язык работы: Русский. Цена: 4300 р. Год сдачи: 2017 - ДИНАМИКА ГИДРОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
КУЙБЫШЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА (С 2010 ГОДА ПО
НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ)
Дипломные работы, ВКР, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4840 р. Год сдачи: 2016 - Прогноз притока воды в Саратовское водохранилище
Дипломные работы, ВКР, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4600 р. Год сдачи: 2022 - Изменчивость показателей роста лещаAbramisbrama,вида акклиматизанта в водных объектах Красноярского края
Главы к дипломным работам, биология. Язык работы: Русский. Цена: 7300 р. Год сдачи: 2016 - Научные основы и принципы обеспечения водоохранного режима на территории инновационно-производственного центра «ИННОКАМ»
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4970 р. Год сдачи: 2018 - СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ОЗЕР ВОЛЖСКО-КАМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО БИОСФЕРНОГО ЗАПОВЕДНИКА
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4915 р. Год сдачи: 2017 - СОСТОЯНИЕ БОС И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ РАБОТЫ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПРОЦЕССА АНТРОПОГЕННОГО ЭВТРОФИРОВАНИЯ Р. СВИЯГИ
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4950 р. Год сдачи: 2017 - ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Р. МЕШИ
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4960 р. Год сдачи: 2017