Внутригодовое распределение обеспеченных ежедневных значений гидрометеорологических характеристик
|
Введение
Глава 1. Физико-географическое описание бассейна р. Великой
1.1. Рельеф
1.2. Растительность
1.3. Болота
1.4. Климат
1.5. Характеристика гидрологического режима
1.6. Река Великая
1.7. Исходные данные
Глава 2. Математический аппарат
2.1. Гистограмма
2.2. Функция плотности вероятности гамма распределения
Глава 3. Статистические характеристики гидрометеорологических характеристик
3.1. Ежедневные значения
3.2. Среднемесячные значения
Выводы
Приложения
Глава 1. Физико-географическое описание бассейна р. Великой
1.1. Рельеф
1.2. Растительность
1.3. Болота
1.4. Климат
1.5. Характеристика гидрологического режима
1.6. Река Великая
1.7. Исходные данные
Глава 2. Математический аппарат
2.1. Гистограмма
2.2. Функция плотности вероятности гамма распределения
Глава 3. Статистические характеристики гидрометеорологических характеристик
3.1. Ежедневные значения
3.2. Среднемесячные значения
Выводы
Приложения
Продолжительность гидрологических явлений в широком понимании изменяется от нескольких секунд до нескольких тысячелетий. Наводнения при прорыве плотин, дождевые паводки, снежные обвалы и лавины служат примерами очень кратковременных явлений. Напротив, многовековой лед может участвовать в формировании речного стока по истечении 10 000 лет и более со времени его образования.
Время пребывания воды в различных фазах гидрометеорологического цикла неодинаково. Анализ ежедневной температуры воздуха, хода осадков, изменений снегозапасов, гидрографа речного стока и данных в целом за период наблюдений позволяет оценить явления, к которым относится реакция бассейна на внешние воздействия, и явления большой продолжительности, например повторяемость паводков или продолжительность периодов водности.
Предметом исследования в работе на первом этапе являются ежедневные расходы воды, суммы осадков, температура воздуха; на втором - снегозапасы и водоотдача из снежного покрова.
Гидрологическое прогнозирование основывается на описании процессов, действующих вне бассейна - влагоперенос, атмосферные осадки, и внутри него - аккумуляция снега, перемещение воды по земной поверхности и сквозь нее. Гидрологические прогнозы, в частности прогнозы паводков, засух и наводнений, позволяют улучшить использование водных ресурсов. Ряд параметров, требующихся для моделирования и прогнозирования процессов в бассейне, можно установить путем измерений электромагнитного излучения, которое испускается или отражается поверхностью земли и воды. Эти методы будут называться в данной главе методами дистанционного (спутникового) зондирования, не включая наблюдения с помощью аппаратуры расположенной на земле.
Сведения о внутригодовом распределении стока необходимы при проектировании водохранилищ сезонного, месячного и декадного регулирования, для определения гарантированных минимальных и максимальных расходов воды, для оценки её баланса, притока и потребления [10]. По внутригодовому распределению стока устанавливается гарантированная отдача воды из водо-хранилища, выработка электроэнергии, характер регулирования стока из водохранилищ. Это определяет объем строительства, сумму капиталовложений.
Учет внутригодового распределения стока повышает экономическую эффективность ГЭС при объединении их в единую энергосистему. Данные о внутригодовом распределении стока используются при разработке мероприятий по борьбе с наводнениями, при осушении болот и заболоченных земель, при орошении, при разработке проектов промышленного и хозяйственного водоснабжения.
К примеру, в нормативной литературе внутригодовое распределение стока используется для проектирования и строительства [11].
Постановка задачи. Основной целью исследования является выявление закономерностей внутригодового распределения обеспеченных значений характеристик многолетних видов речного стока России. Для этого ставится ряд общих задач:
- сформировать гидрометеорологическую базу исходных данных;
- оценить согласие данных наземных наблюдений, дистанционного зондирования и математического моделирования, их достоверность;
- построить эмпирические и теоретические кривые распределения гидрометеорологических характеристик;
- выявить закономерности внутригодового изменения теоретических функций распределения гидрометеорологических характеристик.
Для решения первой задачи используются ежедневные и ежемесячные значения метеорологических характеристик (температура воздуха tи осадки X), снегозапасов (общий запас воды в снеге в мм по материалам маршрутных снегосъемок S)и расходов речного стока (Q).
Цель работы в целом - оценить изменчивость временную и пространственную указанных гидро- и метеорологических характеристик и выявить закономерности в их законах распределения.
Время пребывания воды в различных фазах гидрометеорологического цикла неодинаково. Анализ ежедневной температуры воздуха, хода осадков, изменений снегозапасов, гидрографа речного стока и данных в целом за период наблюдений позволяет оценить явления, к которым относится реакция бассейна на внешние воздействия, и явления большой продолжительности, например повторяемость паводков или продолжительность периодов водности.
Предметом исследования в работе на первом этапе являются ежедневные расходы воды, суммы осадков, температура воздуха; на втором - снегозапасы и водоотдача из снежного покрова.
Гидрологическое прогнозирование основывается на описании процессов, действующих вне бассейна - влагоперенос, атмосферные осадки, и внутри него - аккумуляция снега, перемещение воды по земной поверхности и сквозь нее. Гидрологические прогнозы, в частности прогнозы паводков, засух и наводнений, позволяют улучшить использование водных ресурсов. Ряд параметров, требующихся для моделирования и прогнозирования процессов в бассейне, можно установить путем измерений электромагнитного излучения, которое испускается или отражается поверхностью земли и воды. Эти методы будут называться в данной главе методами дистанционного (спутникового) зондирования, не включая наблюдения с помощью аппаратуры расположенной на земле.
Сведения о внутригодовом распределении стока необходимы при проектировании водохранилищ сезонного, месячного и декадного регулирования, для определения гарантированных минимальных и максимальных расходов воды, для оценки её баланса, притока и потребления [10]. По внутригодовому распределению стока устанавливается гарантированная отдача воды из водо-хранилища, выработка электроэнергии, характер регулирования стока из водохранилищ. Это определяет объем строительства, сумму капиталовложений.
Учет внутригодового распределения стока повышает экономическую эффективность ГЭС при объединении их в единую энергосистему. Данные о внутригодовом распределении стока используются при разработке мероприятий по борьбе с наводнениями, при осушении болот и заболоченных земель, при орошении, при разработке проектов промышленного и хозяйственного водоснабжения.
К примеру, в нормативной литературе внутригодовое распределение стока используется для проектирования и строительства [11].
Постановка задачи. Основной целью исследования является выявление закономерностей внутригодового распределения обеспеченных значений характеристик многолетних видов речного стока России. Для этого ставится ряд общих задач:
- сформировать гидрометеорологическую базу исходных данных;
- оценить согласие данных наземных наблюдений, дистанционного зондирования и математического моделирования, их достоверность;
- построить эмпирические и теоретические кривые распределения гидрометеорологических характеристик;
- выявить закономерности внутригодового изменения теоретических функций распределения гидрометеорологических характеристик.
Для решения первой задачи используются ежедневные и ежемесячные значения метеорологических характеристик (температура воздуха tи осадки X), снегозапасов (общий запас воды в снеге в мм по материалам маршрутных снегосъемок S)и расходов речного стока (Q).
Цель работы в целом - оценить изменчивость временную и пространственную указанных гидро- и метеорологических характеристик и выявить закономерности в их законах распределения.
Решая основную задачу по выявлению закономерности во внутригодовом распределении обеспеченных значений характеристик многолетних видов речного стока России выполнены следующие виды работ:
- сформирована ежедневная база данных метеорологических характеристик (температура, осадки, материалы маршрутных снегосъемок) по кото-рой выполнен расчет ежедневных запасов воды в снеге и водоотдачи из снежного покрова;
- формирована ежедневная база данных расходов р. Великой у д. Пятоново;
- сформирована ежедневная база данных спутникового зондирования запасов воды в снеге для всей территории России и дана предварительная оценка её согласия с данными снегомерных наблюдений;
- выполнен расчет статистических параметров (среднего, дисперсии, коэффициентов вариации и асимметрии) ежедневных значений температуры, осадков, водоотдачи из снега и расходов воды за многолетний период и дана характеристика их внутригодовой изменчивости для водосбора р. Великой; построены их хронологические графики и гистограммы частоты повторений ежедневных значений температуры, осадков и расходов воды на каждые 10 дней за год;
- выполнен расчет статистических параметров (среднего, дисперсии, коэффициентов вариации и асимметрии) месячной суммы осадков, среднемесячных значений температуры и расходов воды за многолетний период и дана характеристика их внутригодовой изменчивости, построены:
а) хронологические графики параметров,
б) гистограммы частоты повторений значений температуры, осадков и расходов воды на каждый месяц,
в) кривые обеспеченности (эмпирические и аналитические) на каждый месяц;
г) разностно-интегральные кривые на каждый месяц.
План дальнейших исследований. В работе изложены первичные материалы исследований внутригодового распределения стока, поэтому окончательными результаты назвать нельзя. В плане дальнейших исследований рекомендуются следующие виды работ:
- составить полный список литературных источников и проанализировать исследования по заданной теме, дать им оценку;
- составить список нормативных документов, где упоминается внутри-годовое распределение (по упомянутым перед постановкой задачи отраслям);
- завершить формирование базы данных ежедневных запасов воды в снеге и водоотдачи из снежного покрова путем усовершенствования модели формирования снегозапасов и увеличения числа станций;
- разработать и обосновать применимость методики расчета снегозапасов для метеостанций, где отсутствуют маршрутные снегомерные съемки;
- рассчитать средневзвешанные ежедневные снегозапасы и водоотдачу для заданных бассейнов и водозборов;
- выполнить оценку внутригодового распределения статистических параметров внешних воздействий на водосбор, совместив жидкие осадки в теп-лый период года и интенсивность водоотдачи из снежного покрова;
- выявить закономерности вероятностных распределений гидрометеорологических характеристик
- сформирована ежедневная база данных метеорологических характеристик (температура, осадки, материалы маршрутных снегосъемок) по кото-рой выполнен расчет ежедневных запасов воды в снеге и водоотдачи из снежного покрова;
- формирована ежедневная база данных расходов р. Великой у д. Пятоново;
- сформирована ежедневная база данных спутникового зондирования запасов воды в снеге для всей территории России и дана предварительная оценка её согласия с данными снегомерных наблюдений;
- выполнен расчет статистических параметров (среднего, дисперсии, коэффициентов вариации и асимметрии) ежедневных значений температуры, осадков, водоотдачи из снега и расходов воды за многолетний период и дана характеристика их внутригодовой изменчивости для водосбора р. Великой; построены их хронологические графики и гистограммы частоты повторений ежедневных значений температуры, осадков и расходов воды на каждые 10 дней за год;
- выполнен расчет статистических параметров (среднего, дисперсии, коэффициентов вариации и асимметрии) месячной суммы осадков, среднемесячных значений температуры и расходов воды за многолетний период и дана характеристика их внутригодовой изменчивости, построены:
а) хронологические графики параметров,
б) гистограммы частоты повторений значений температуры, осадков и расходов воды на каждый месяц,
в) кривые обеспеченности (эмпирические и аналитические) на каждый месяц;
г) разностно-интегральные кривые на каждый месяц.
План дальнейших исследований. В работе изложены первичные материалы исследований внутригодового распределения стока, поэтому окончательными результаты назвать нельзя. В плане дальнейших исследований рекомендуются следующие виды работ:
- составить полный список литературных источников и проанализировать исследования по заданной теме, дать им оценку;
- составить список нормативных документов, где упоминается внутри-годовое распределение (по упомянутым перед постановкой задачи отраслям);
- завершить формирование базы данных ежедневных запасов воды в снеге и водоотдачи из снежного покрова путем усовершенствования модели формирования снегозапасов и увеличения числа станций;
- разработать и обосновать применимость методики расчета снегозапасов для метеостанций, где отсутствуют маршрутные снегомерные съемки;
- рассчитать средневзвешанные ежедневные снегозапасы и водоотдачу для заданных бассейнов и водозборов;
- выполнить оценку внутригодового распределения статистических параметров внешних воздействий на водосбор, совместив жидкие осадки в теп-лый период года и интенсивность водоотдачи из снежного покрова;
- выявить закономерности вероятностных распределений гидрометеорологических характеристик