Водный режим реки Пчевжа в современных условиях
|
Введение
1 Физико-географическая и климатическая характеристика района
1.1 Рельеф
1.2 Геологическое строение
1.3 Почвенный покров
1.4 Растительный покров
1.5 Климат
1.6 Многолетнее распределение метеорологических характеристик
2 Методы обработки рядов гидрологических наблюдений
3 Годовой сток
3.1 Построение хронологического графика
3.2 Построение разностно-интегральной кривой
3.3 Квантильный анализ
3.4 Проверка рядов гидрологических наблюдений на случайность
3.5 Проверка рядов гидрологических наблюдений на однородность
3.6 Гидрологические характеристики и их погрешности
3.7 Построение эмпирических и аналитических кривых
4 Максимальный сток
4.1 Построение хронологического графика
4.2 Проверка рядов гидрологических наблюдений на случайность
4.3 Проверка рядов гидрологических наблюдений на однородность
4.4 Гидрологические характеристики и их погрешности
4.5 Построение эмпирических и аналитических кривых
5 Минимальный сток
5.1 Минимальный сток за период ледостава
5.1.1 Построение хронологического графика
5.1.2 Проверка рядов гидрологических наблюдений на случайность
5.1.3 Проверка рядов гидрологических наблюдений на однородность
5.1.4 Гидрологические характеристики и их погрешности
5.1.5 Построение эмпирических и аналитических кривых
5.2 Минимальный сток за период открытого русла
5.2.1 Построение хронологического графика
5.2.2 Проверка рядов гидрологических наблюдений на случайность
5.2.3 Проверка рядов гидрологических наблюдений на однородность
5.2.4 Гидрологические характеристики и их погрешности
5.2.5 Построение эмпирических и аналитических кривых
6 Внутригодовое распределение стока
6.1 Расчет внутригодового распределения
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
1 Физико-географическая и климатическая характеристика района
1.1 Рельеф
1.2 Геологическое строение
1.3 Почвенный покров
1.4 Растительный покров
1.5 Климат
1.6 Многолетнее распределение метеорологических характеристик
2 Методы обработки рядов гидрологических наблюдений
3 Годовой сток
3.1 Построение хронологического графика
3.2 Построение разностно-интегральной кривой
3.3 Квантильный анализ
3.4 Проверка рядов гидрологических наблюдений на случайность
3.5 Проверка рядов гидрологических наблюдений на однородность
3.6 Гидрологические характеристики и их погрешности
3.7 Построение эмпирических и аналитических кривых
4 Максимальный сток
4.1 Построение хронологического графика
4.2 Проверка рядов гидрологических наблюдений на случайность
4.3 Проверка рядов гидрологических наблюдений на однородность
4.4 Гидрологические характеристики и их погрешности
4.5 Построение эмпирических и аналитических кривых
5 Минимальный сток
5.1 Минимальный сток за период ледостава
5.1.1 Построение хронологического графика
5.1.2 Проверка рядов гидрологических наблюдений на случайность
5.1.3 Проверка рядов гидрологических наблюдений на однородность
5.1.4 Гидрологические характеристики и их погрешности
5.1.5 Построение эмпирических и аналитических кривых
5.2 Минимальный сток за период открытого русла
5.2.1 Построение хронологического графика
5.2.2 Проверка рядов гидрологических наблюдений на случайность
5.2.3 Проверка рядов гидрологических наблюдений на однородность
5.2.4 Гидрологические характеристики и их погрешности
5.2.5 Построение эмпирических и аналитических кривых
6 Внутригодовое распределение стока
6.1 Расчет внутригодового распределения
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
В последнее столетие отмечается потепление климата, которое проявляется как в глобальном масштабе, так и на всей территории России. В целом за последние сто лет средняя температура поверхностного слоя атмосферы повысилась на О,3-0,8 °С, площадь снежного покрова в северном полушарии снизилась на 8%, а уровень Мирового океана поднялся в среднем на 10-20 сантиметров. Климат изменяется, и это может негативно отразится на гидрологическом режиме и использовании водных ресурсов.
При глобальном потеплении практически повсюду характеристики стока станут более изменчивы в течение года и в многолетнем ряду, увеличатся их максимальные показатели при более мощных паводках, участятся наводнения и одновременно засухи, изменится внутригодовое распределение стока. Многолетние наблюдения за химическим составом вод 168 рек России показали, что изменение стока на 30 - 50 мм (которое возможно при росте температуры на 1 - 2оС) увеличит загрязнение рек, вызовет превышение ПДК загрязняющих веществ и увеличит их растворимость. Повышение температуры воды озер и водохранилищ приведет к развитию микроорганизмов и водорослей. Все это вызовет ухудшение качества поверхностных вод,
Основным климатообразующим фактором является общая циркуляция атмосферы. Совокупность атмосферных течений может выступать в качестве одной из характеристик состояния климатической системы. Так же она может оказывать большое влияние на формирование климатического режима отдельных регионов. Водный режим рек находится в тесной зависимости от климатических факторов. Отклонения климатических параметров от средних значений, вызванные изменениями в атмосферной циркуляции, определяют условия, формирующие речной сток и элементы водного режима.
Целью данной бакалаврской работы является всестороннее изучение и полный анализ различных характеристик стока реки Пчевжа в условиях изменения климата.
Необходимость этих расчетов заключается в том, что все гидрологические характеристики, опубликованные в МДС и ОГХ, были рассчитаны в 80-ых годах и могут не отражать изменения климата, которое мы имеем на сегодняшний день.
Для широкого исследования влияния климата на режим реки в работе будет проведен сбор и анализ рядов наблюдений за различными характеристиками стока: среднемесячным и среднегодовым стоком,
максимальным стоком, минимальным стоком за период открытого русла и за период ледостава. Так же в состав работы войдут статистическая обработка рядов наблюдений, исследование внутригодового распределения стока.
В качестве исходных данных возьмем ряды: среднемесячных и среднегодовых расходов воды, максимальных, минимальных открытого русла и минимальных за период ледостава, среднемесячная температура и осадки за период существования поста. Исходные данные относятся к регулярному типу данных.
При глобальном потеплении практически повсюду характеристики стока станут более изменчивы в течение года и в многолетнем ряду, увеличатся их максимальные показатели при более мощных паводках, участятся наводнения и одновременно засухи, изменится внутригодовое распределение стока. Многолетние наблюдения за химическим составом вод 168 рек России показали, что изменение стока на 30 - 50 мм (которое возможно при росте температуры на 1 - 2оС) увеличит загрязнение рек, вызовет превышение ПДК загрязняющих веществ и увеличит их растворимость. Повышение температуры воды озер и водохранилищ приведет к развитию микроорганизмов и водорослей. Все это вызовет ухудшение качества поверхностных вод,
Основным климатообразующим фактором является общая циркуляция атмосферы. Совокупность атмосферных течений может выступать в качестве одной из характеристик состояния климатической системы. Так же она может оказывать большое влияние на формирование климатического режима отдельных регионов. Водный режим рек находится в тесной зависимости от климатических факторов. Отклонения климатических параметров от средних значений, вызванные изменениями в атмосферной циркуляции, определяют условия, формирующие речной сток и элементы водного режима.
Целью данной бакалаврской работы является всестороннее изучение и полный анализ различных характеристик стока реки Пчевжа в условиях изменения климата.
Необходимость этих расчетов заключается в том, что все гидрологические характеристики, опубликованные в МДС и ОГХ, были рассчитаны в 80-ых годах и могут не отражать изменения климата, которое мы имеем на сегодняшний день.
Для широкого исследования влияния климата на режим реки в работе будет проведен сбор и анализ рядов наблюдений за различными характеристиками стока: среднемесячным и среднегодовым стоком,
максимальным стоком, минимальным стоком за период открытого русла и за период ледостава. Так же в состав работы войдут статистическая обработка рядов наблюдений, исследование внутригодового распределения стока.
В качестве исходных данных возьмем ряды: среднемесячных и среднегодовых расходов воды, максимальных, минимальных открытого русла и минимальных за период ледостава, среднемесячная температура и осадки за период существования поста. Исходные данные относятся к регулярному типу данных.
Полученные данные позволили построить целый ряд кривых обеспеченностей расчетных характеристик стока, всесторонне проанализировать изменения стока воды в разные фазы водного режима.
В результате проделанных исследований получены следующие результаты. На основе анализа метеорологических данных сделан вывод об изменении климата после 1979 года, поэтому общий ряд наблюдений был разделен на два периода с начала наблюдений по 1979 год и с 1977 по 2014 гг.
Были построены и проанализированы хронологические графики. Была построена разностно-интегральная кривая годового стока. По данной кривой были выделены маловодные и многоводные фазы. При проведении квантильного анализа годового стока были выделены многоводные и маловодные годы. Они наблюдались примерно одинаково. Экстремально многоводные и экстремально маловодные не наблюдались ни разу. При анализе статистических характеристик рядов было выявлено, что значение нормы среднегодового стока за период с 1980 по 2013 превышает значение этой же гидрологической характеристики за более ранний период. Кроме этого наблюдается изменение таких гидрологических характеристик как Cv, Cs, Cs/Cv, о, D. Так значение коэффициента вариации Cv в период с 1980 по 2013 уменьшилось на 0,13 по сравнению с периодом с 1941 по 1979. Так же наблюдается уменьшение всех характеристик рассеивания в период с 1980 по 2013.
Для изучения изменения среднегодового стока были построены эмпирические и аналитические кривые среднегодовых расходов. В качестве аналитической кривой была выбрана кривая Крицкого-Менкеля, так как она рекомендована нормативной документацией. Аналитическая кривая хорошо описывает эмпирические точки. В зоне средних обеспеченностей значение kp за современный период больше, чем за более ранний период. В зоне малых обеспеченностей значение kp за современный период меньше, чем за более ранний период.
Для изучения максимального стока были обработаны ряды гидрологических наблюдений с разбивкой на два периода. В обработку рядов входило построение хронологического графика изменения максимальных расходов воды по времени. Анализ графика не выявил явных трендов. При проверке на случайность было выявлено, что ряды соответствуют модели случайной величины. При проверке рядов максимального стока с разбивкой на два периода выявлено, что гипотеза об однородности всех рядов гидрологических наблюдений при уровне значимости 2а=5% не опровергается. При анализе статистических характеристик видно, что норма максимального стока уменьшилась с 172 м3/с до 136 м3/с. Так же значения всех характеристик рассеивания практически в два раза уменьшились по сравнению со значениями тех же характеристик за период с 1941 по 1979.
Так же были построены эмпирическая кривая и аналитическая кривая Крицкого-Менкеля. В зоне средних обеспеченностей значение kp за современный период больше, чем за более ранний период. В зоне высоких обеспеченностей значение kp за современный период больше, чем за более ранний период.
При изучении минимального стока за период ледостава был проведен анализ на выявление явных трендов с помощь хронологического графика. Анализ явных трендов не показал. Так же ряды с разбивкой на два периода были проверены на случайность и однородность. При проверке на однородность гипотеза об однородности ряда наблюдений за минимальными расходами за период с 1980 по 2013 с помощью критерия Фишера при уровне значимости 2а=5% была опровергнута. Так же гипотеза об однородности по критерию Стьюдента была опровергнута для ряда наблюдений за период с 1941 по 1979
При анализе статистических характеристик было выявлено, что норма минимального стока за период ледостава стока увеличилась с 0,94 м3/с до 1,8 м3/. Значение Cv практически не изменилось. Так же значения остальных характеристик рассеивания увеличились по сравнению с значениями тех же характеристик за период с 1941 по 1979.
...
В результате проделанных исследований получены следующие результаты. На основе анализа метеорологических данных сделан вывод об изменении климата после 1979 года, поэтому общий ряд наблюдений был разделен на два периода с начала наблюдений по 1979 год и с 1977 по 2014 гг.
Были построены и проанализированы хронологические графики. Была построена разностно-интегральная кривая годового стока. По данной кривой были выделены маловодные и многоводные фазы. При проведении квантильного анализа годового стока были выделены многоводные и маловодные годы. Они наблюдались примерно одинаково. Экстремально многоводные и экстремально маловодные не наблюдались ни разу. При анализе статистических характеристик рядов было выявлено, что значение нормы среднегодового стока за период с 1980 по 2013 превышает значение этой же гидрологической характеристики за более ранний период. Кроме этого наблюдается изменение таких гидрологических характеристик как Cv, Cs, Cs/Cv, о, D. Так значение коэффициента вариации Cv в период с 1980 по 2013 уменьшилось на 0,13 по сравнению с периодом с 1941 по 1979. Так же наблюдается уменьшение всех характеристик рассеивания в период с 1980 по 2013.
Для изучения изменения среднегодового стока были построены эмпирические и аналитические кривые среднегодовых расходов. В качестве аналитической кривой была выбрана кривая Крицкого-Менкеля, так как она рекомендована нормативной документацией. Аналитическая кривая хорошо описывает эмпирические точки. В зоне средних обеспеченностей значение kp за современный период больше, чем за более ранний период. В зоне малых обеспеченностей значение kp за современный период меньше, чем за более ранний период.
Для изучения максимального стока были обработаны ряды гидрологических наблюдений с разбивкой на два периода. В обработку рядов входило построение хронологического графика изменения максимальных расходов воды по времени. Анализ графика не выявил явных трендов. При проверке на случайность было выявлено, что ряды соответствуют модели случайной величины. При проверке рядов максимального стока с разбивкой на два периода выявлено, что гипотеза об однородности всех рядов гидрологических наблюдений при уровне значимости 2а=5% не опровергается. При анализе статистических характеристик видно, что норма максимального стока уменьшилась с 172 м3/с до 136 м3/с. Так же значения всех характеристик рассеивания практически в два раза уменьшились по сравнению со значениями тех же характеристик за период с 1941 по 1979.
Так же были построены эмпирическая кривая и аналитическая кривая Крицкого-Менкеля. В зоне средних обеспеченностей значение kp за современный период больше, чем за более ранний период. В зоне высоких обеспеченностей значение kp за современный период больше, чем за более ранний период.
При изучении минимального стока за период ледостава был проведен анализ на выявление явных трендов с помощь хронологического графика. Анализ явных трендов не показал. Так же ряды с разбивкой на два периода были проверены на случайность и однородность. При проверке на однородность гипотеза об однородности ряда наблюдений за минимальными расходами за период с 1980 по 2013 с помощью критерия Фишера при уровне значимости 2а=5% была опровергнута. Так же гипотеза об однородности по критерию Стьюдента была опровергнута для ряда наблюдений за период с 1941 по 1979
При анализе статистических характеристик было выявлено, что норма минимального стока за период ледостава стока увеличилась с 0,94 м3/с до 1,8 м3/. Значение Cv практически не изменилось. Так же значения остальных характеристик рассеивания увеличились по сравнению с значениями тех же характеристик за период с 1941 по 1979.
...
