ВВЕДЕНИЕ 3
1 Подходы краткосрочного прогнозирования расходов воды на крупных реках ..5
1.1 Метод тенденции (способ линейной тенденции) 5
1.2 Метод тенденции (способ нелинейной тенденции) 8
1.3 Метод соответственных уровней (расходов) воды 13
1.4 Метод Калинина-Милюкова (по характерным участкам) 14
1.5 Метод ГМЦ 17
1.6 Критерий Нэша-Сатклиффа 18
1.7 Обоснование выбора методов прогноза на крупных реках 19
2 Формирование базы данных для исследования 21
2.1 Выбор водосборов для исследования 22
2.2 Гидрологические данные 23
2.3 Описание особенностей формирования стока на выбранных водосборах ..26
3 Поверочные прогнозы расходов воды рек бассейна р. Иртыша 31
3.1 Метод тенденции: линейный способ 31
3.2 Метод тенденции: нелинейный способ 49
4 Анализ полученных результатов 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70
Приложение А 73
Приложение Б 87
Краткосрочное прогнозирование элементов гидрологического режима представляет собой важную часть в гидрологии. Так, например, прогноз с достаточной заблаговременностью может предупредить различного рода опасные ситуации, например, затопление населенных пунктов в период прохождения весеннего половодья.
Существует множество методов прогноза гидрологических величин, но помимо стандартного расчёта необходимо выполнять соответствующую проверку на качество полученного прогноза. Насколько актуальны методы оценки эффективности? Требуется ли оценивать прогноз более чем одним методом? А какое влияние на прогнозные значения будет оказывать водосбор крупной реки? С какой заблаговременностью должен быть выполнен прогноз для крупной реки так, чтобы он был эффективен?
В связи с вышеизложенным целью исследования является выявить оптимальную заблаговременность для краткосрочного прогноза расходов воды весеннего половодья на крупных реках и дать оценку точности и эффективности методик. Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:
а) провести анализ существующих методов краткосрочного прогнозирования на крупных реках;
б) дать характеристику района исследования реки Иртыш и определить водотоки, для которых актуальна задача прогнозирования стока;
в) выполнить расчёт прогноза по наиболее практичным методам;
г) оценить точность и эффективность полученных прогнозов;
д) дать анализ полученным результатам исследования и определить благоприятную заблаговременность для краткосрочного прогнозирования расходов воды на крупных реках.
В результате работы была выявлена проблема в критериях оценки эффективности прогноза. Оценка эффективности методики методом ГМЦ показала завышение обеспеченности методики. Графики прогнозных и фактических значений не соответствовали полученным положительным оценкам. Высокие значения статистических характеристик с большой заблаговременностью прогноза повлияли на точность прогноза.
При анализе полученных данных было предложено внедрить зарубежные критерии оценки точности прогноза и сравнить результаты между собой. Была реализована верификация прогнозных значений при помощи корреляционных диаграмм.
В данной работе был произведен прогноз расходов воды весеннего половодья на двух крупных притоках реки Иртыш - р. Тобол и р.Омь. Площадь водосбора рек составляет 333000 и 52400 км2соответственно.
В начале работы были построены хронологические графики хода расходов воды, на которых было выявлено весеннее половодье: определено начало и конец фазы водного режима, его продолжительность.
Для составления прогностических зависимостей использовались данные о среднесуточных расходах воды в период с 2016 по 2020 гг.
Прогноз был дан на 2021 г. с различной заблаговременностью от 1 до 9 суток.
В качестве прогнозных методик был выбран метод тенденции двумя способами: линейный и нелинейный. Оценка эффективности прогноза была проведена методом ГМЦ и критерием Нэша-Сатклиффа, в дополнение определена природная обеспеченность прогноза.
Результат проверки оказался неутешительным: при увеличении заблаговременности и высоких значениях статистических характеристик, оценка методики показывала положительный результат, в то время как совмещение прогнозных и фактических значений на графиках демонстрировало полное несоответствие максимумов и минимумов хода расходов воды.
Дополнительный расчёт прогноза по методу нелинейной тенденции показал то, что в настоящее время расчётные формулы необходимо оптимизировать. Постоянные коэффициенты в расчётных формулах требуют доработки, и в связи с этим предлагается воспользоваться методом подбора для получения более точных результатов прогнозных величин.
При анализе исследования было принято решение воспользоваться зарубежными критериями и методиками оценки точности и эффективности прогнозов, что дало благоприятный результат.
Из всего многообразия критериев для оценки точности и эффективности рекомендуется использовать построение корреляционных диаграмм. Данный способ оценки прогноза является довольно простым и доступным в использовании, а также очень нагляден.
В ходе выполнения исследования были получены следующие результаты:
а) собрана база данных для крупных притоков реки Иртыш и выявлены районы, для которых актуальна задача прогнозирования стока;
б) выполнен прогноз расходов воды весеннего половодья с различной заблаговременностью на примере двух крупных притоков: р. Омь - г. Омск и р. Тобол - с. Иевлево.
в) при выполнении оценки прогноза были выявлены проблемы в критериях оценки прогнозных методик;
г) для оценки прогнозов предложены актуальные и альтернативные критерии, которые используются в мировой практике гидрологических прогнозов;
д) выполнен анализ полученных результатов по каждому предложенному критерию;
е) проведена верификация прогноза при помощи корреляционных диаграмм.
