Помощь студентам в учебе
Анализ изменений режима речного стока рек Московского региона
|
Введение 3
1 Физико-географическая характеристика района исследования 5
1.1 Рельеф и геологическое строение 5
1.2 Почвы и растительность 7
1.3 Климатическая характеристика 8
2 Гидрография и гидрологический режим рек 11
2.1 Общая характеристика гидрографической сети 11
2.2 Особенности водного режима рек 12
2.3 Антропогенное воздействие на водные объекты 19
3 Гидрометеорологическая изученность и исходные данные 23
3.1 Характеристика гидрометеорологической изученности и
используемых гидрологических и метеорологических данных 23
3.2 Формирование рядов сезонного стока и восстановление пропусков в
данных о стоке рек 28
4 Оценка хронологических изменений климатических условий и стока рек
на исследуемой территории 39
4.1 Анализ хронологических изменений среднегодовых и сезонных
значений температуры воздуха 39
4.2 Анализ хронологических изменений среднегодового и сезонного
стока рек 51
4.3 Анализ изменений статистических характеристик среднегодового и
сезонного стока рек 67
4.4 Анализ изменений внутригодового распределения стока рек 69
Заключение 73
Список использованных источников 77
Приложение А Графики взаимосвязи анализируемых переменных 80
Приложение Б Совмещенные хронологические график хода температур воздуха по сезонам года по анализируемым МС 84
Приложение В Основные статистические характеристики рядов годового и сезонного стоков 85
Приложение Г Среднемесячные значения стока по ГП
1 Физико-географическая характеристика района исследования 5
1.1 Рельеф и геологическое строение 5
1.2 Почвы и растительность 7
1.3 Климатическая характеристика 8
2 Гидрография и гидрологический режим рек 11
2.1 Общая характеристика гидрографической сети 11
2.2 Особенности водного режима рек 12
2.3 Антропогенное воздействие на водные объекты 19
3 Гидрометеорологическая изученность и исходные данные 23
3.1 Характеристика гидрометеорологической изученности и
используемых гидрологических и метеорологических данных 23
3.2 Формирование рядов сезонного стока и восстановление пропусков в
данных о стоке рек 28
4 Оценка хронологических изменений климатических условий и стока рек
на исследуемой территории 39
4.1 Анализ хронологических изменений среднегодовых и сезонных
значений температуры воздуха 39
4.2 Анализ хронологических изменений среднегодового и сезонного
стока рек 51
4.3 Анализ изменений статистических характеристик среднегодового и
сезонного стока рек 67
4.4 Анализ изменений внутригодового распределения стока рек 69
Заключение 73
Список использованных источников 77
Приложение А Графики взаимосвязи анализируемых переменных 80
Приложение Б Совмещенные хронологические график хода температур воздуха по сезонам года по анализируемым МС 84
Приложение В Основные статистические характеристики рядов годового и сезонного стоков 85
Приложение Г Среднемесячные значения стока по ГП
Актуальность темы.
Московский регион является крупным потребителем водных ресурсов. Существующий водохозяйственный комплекс Московского региона в бассейне Оки начал складываться с 30 - х годов прошлого века. Основной задачей было обеспечение питьевого, промышленного, сельскохозяйственного водоснабжения; эффективной работы водного транспорта; создание рекреационных зон и снижение риска от наводнений. Большое количество водопотребителей с различными требованиями к подаче воды в различные сезоны года определяет зависимость функционирования всего водохозяйственного комплекса не только от величины общих водных ресурсов бассейна, их распределения по территории, но и характеристик водного режима рек Московского региона в их различные фазы.
Данные наблюдений о стоке рек за последние десятилетия свидетельствуют о том, что отмечаемые тенденции в изменении климата за последние десятилетия приводят к изменениям характеристик стока, в том числе сезонного перераспределения стока внутри года.
Цель: изучение современных особенностей изменений режима стока рек Московского региона в условиях меняющегося климата.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить физико-географические особенности Московского региона, а том числе рельеф и геологическое строение, почвенный и растительный покровы, климатические параметры;
2. Изучить особенности водного режима рек и проанализировать степень антропогенного воздействия на водные объекты Московского региона;
3. Оценить гидрометеорологическую изученность Московского региона, выполнить подбор опорных метеостанций и гидрологических постов для исследования стока рек;
4. Сформировать ряды сезонного стока и выполнить восстановление пропусков в данных о стоке рек Московского региона;
5. Выполнить анализ хронологических изменений среднегодовых и сезонных значений температуры воздуха;
6. Выполнить анализ хронологических изменений среднегодового и сезонного стока рек, выявить тенденции в изменениях внутригодового распре-деления стока.
Объект, состав и методика исследований:
Объектом исследования являются реки Московского региона (бассейн р. Ока) с площадями водосбора от 3000 км2 до 70000 км2 входящие в объединяющий водосбор 244 тыс. км2 на ГП Горбатов.
Исследования изменений режима стока проводились на основе данных наблюдений о среднемесячных расходах воды на 5 гидрологических постах и среднемесячных температурах воздуха 4 метеостанциях.
В состав работ входил:
- сбор и анализ материалов;
- восстановление единичных пропусков в рядах данных среднемесячного стока методом регрессионного анализа;
- статистическая обработка рядов наблюдений;
- временной анализ сезонных и годовых изменений стока рек, в основе которого лежало разделение рядов на два квазистационарных периода - до 1975 - 1976 гидрологического года и после 1976-1977 гидрологического года
Московский регион является крупным потребителем водных ресурсов. Существующий водохозяйственный комплекс Московского региона в бассейне Оки начал складываться с 30 - х годов прошлого века. Основной задачей было обеспечение питьевого, промышленного, сельскохозяйственного водоснабжения; эффективной работы водного транспорта; создание рекреационных зон и снижение риска от наводнений. Большое количество водопотребителей с различными требованиями к подаче воды в различные сезоны года определяет зависимость функционирования всего водохозяйственного комплекса не только от величины общих водных ресурсов бассейна, их распределения по территории, но и характеристик водного режима рек Московского региона в их различные фазы.
Данные наблюдений о стоке рек за последние десятилетия свидетельствуют о том, что отмечаемые тенденции в изменении климата за последние десятилетия приводят к изменениям характеристик стока, в том числе сезонного перераспределения стока внутри года.
Цель: изучение современных особенностей изменений режима стока рек Московского региона в условиях меняющегося климата.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить физико-географические особенности Московского региона, а том числе рельеф и геологическое строение, почвенный и растительный покровы, климатические параметры;
2. Изучить особенности водного режима рек и проанализировать степень антропогенного воздействия на водные объекты Московского региона;
3. Оценить гидрометеорологическую изученность Московского региона, выполнить подбор опорных метеостанций и гидрологических постов для исследования стока рек;
4. Сформировать ряды сезонного стока и выполнить восстановление пропусков в данных о стоке рек Московского региона;
5. Выполнить анализ хронологических изменений среднегодовых и сезонных значений температуры воздуха;
6. Выполнить анализ хронологических изменений среднегодового и сезонного стока рек, выявить тенденции в изменениях внутригодового распре-деления стока.
Объект, состав и методика исследований:
Объектом исследования являются реки Московского региона (бассейн р. Ока) с площадями водосбора от 3000 км2 до 70000 км2 входящие в объединяющий водосбор 244 тыс. км2 на ГП Горбатов.
Исследования изменений режима стока проводились на основе данных наблюдений о среднемесячных расходах воды на 5 гидрологических постах и среднемесячных температурах воздуха 4 метеостанциях.
В состав работ входил:
- сбор и анализ материалов;
- восстановление единичных пропусков в рядах данных среднемесячного стока методом регрессионного анализа;
- статистическая обработка рядов наблюдений;
- временной анализ сезонных и годовых изменений стока рек, в основе которого лежало разделение рядов на два квазистационарных периода - до 1975 - 1976 гидрологического года и после 1976-1977 гидрологического года
1. Реки Московского региона подвержены значительной антропогенной нагрузке. Для исследования выбраны ГП с разной, но в целом невысокой, степенью антропогенного воздействия: р. Ока и р. Осетр - водохранилища и гидроузлы отсутствуют; р. Клязьма - преобразованная верхняя часть водо-сбора незначительна по отношению к водосбору в анализируемом створе; р. Москва - сток зарегулирован гидроузлами на притоках.
2. Для анализа изменений режима стока рек Московского региона в качестве опорных ГП рассматривались: р. Москва - г. Звенигород, р. Осетр - д. Маркино, р. Клязьма - г. Владимир, р. Ока - г. Кашира, р. Ока - г. Горбатов. Для анализа изменения климатической обстановки в Московском регионе в качестве опорных метеорологических станций выбраны: МС Кашира, МС Можайск, МС Москва ВДНХ, МС Владимир. Выбор ГП/МС определен наличием продолжительных рядов данных о среднемесячных расходах воды/температур воздуха; расположением ГП/МС с учетом охвата всего рассматриваемого региона.
3. Восстановление единичных пропусков в рядах данных среднемесячного стока методом регрессионного анализа позволило увеличит длину рядов сезонного стока: ГП р. Ока - г. Кашира на 5 лет; ГП р. Москва - г. Звенигород - 5 лет; ГП р. Клязьма - г. Владимир - 2 года; ГП р. Осетр - д. Маркино - 2 года. После восстановления пропусков в данных о стоке рек исходными материалами для анализа изменений режима стока рек Московского региона являются данные о среднемесячных расходах воды на ГП: р. Москва - г. Звенигород - 89 лет; р. Осетр - д. Маркино - 54 года; р. Клязьма - г. Владимир - 93 год; р. Ока - г. Кашира - 97 лет; р. Ока - г. Горбатов - 88 лет.
4. Подтверждены климатические изменения в температурном режиме:
- скорость изменения средней годовой температуры воздуха на большей части рассматриваемых МС за 1 период близка к нулю (только на МС Москва ВДНХ - 0,19 0С/10 лет). За 2 период рост средних годовых температур воздуха выражена на всех МС и составляет в среднем 0,460С/10 лет (от 0,43оС/10 лет на МС Владимир до 0,48оС/10 лет на МС Можайск). При этом скорость роста осредненной по России среднегодовой температуры составляет плюс 0,51оС/10 лет;
- повышение средних значений температур воздуха зафиксированы во все сезоны года на всех анализируемых МС: весенние температуры- от 32% (на МС Владимир с 4,0оС до 5,260С) до 43% (на МС Можайск с 3,860С до 5,510С); зимний сезон- от 19% (на МС Владимир с минус 9,830С до минус 7,930С) до 30% (на МС Москва ВДНХ с минус 8,700С до минус 6,050С); летне-осенний сезон - от 1% (на МС Владимир с 10,70С до 10,80С) до 5% (на МС Москва ВДНХ с 11,00С до 11,60С).
5. Установлена неоднородность стока по среднему (для зимнего и летне-осеннего сезонов, а также больше части годового стока) и неизменность - однородность по дисперсии (для годового стока и летне-осенней межени). Сток весеннего сезона характеризуется разбросом в оценке однородности.
6. Для анализа изменений годового и сезонного стоков выделены два квазистационарных периода, соответствующих изменению водности и климатических параметров (температуры):
- до 1975 - 1976 гидрологического года, в течение которого не отмечалось направленных изменений водности (1 период);
- после 1976-1977 гидрологического года, в течение которого наблюдается увеличение стока меженных сезонов (2 период).
7. На долю весеннего стока в 1 период приходилось в среднем 62% годового стока (от 58% на ГМ р. Москва - г. Звенигород до 70% на ГС р. Осетр - д. Маркино). За 2 период средняя доля весеннего стока сократилась на 16% и составила в среднем 46% годового стока. Сокращение весеннего стока наблюдается на всех рассматриваемых гидрологических постах в примерно в равных долях. Статистически значимые понижающие тренды (с вероятностью 95%) рядов суммарных объемов стока за весенний сезон за весь рассматриваемый период характерны для всех анализируемых ГП.
8. На всех анализируемых ГП отмечается увеличение стока летне-осеннего сезона. Во 2 период сток за летне-осенний сезон увеличился в срав-нении с предшествующим периодом, в среднем на 9% (с 27% до 36% годового стока). В летний сезон увеличение меженного стока может быть обусловлено его пополнением за счет стока в период невысокого, но растянутого во времени половодья, на которое накладываются летние, а потом и осенние па-водки. В летне-осенний сезон отмечаются положительные значимые тренды для всех ГС.
9. Увеличение водности в зимний сезон зафиксировано на всех рассматриваемых ГП. В среднем рост объема зимнего стока во 2 период составил 7% (от 5% на ГС р. Клязьма - г. Владимир до 12% на ГС р. Москва - г. Звенигород). Статистически значимые возрастающие тренды (с вероятностью 95%) рядов расходов воды зимнего стока отмечаются для всех анализируемых ГП.
Увеличение объема стока зимней межени обусловлено повышением температуры воздуха зимой, которое сопровождается увеличением количества и продолжительности оттепелей, т.е. формированием зимних паводков. Как следствие, это приводит к уменьшению запасов воды в снежном покрове к началу весеннего половодья. В результате складываются условия для увеличения стока зимнего сезона и снижения стока весеннего половодья
10. Анализ гидрографов стока выявил сглаживание годового хода стока на всех ГП - наблюдается уменьшение объема стока весеннего половодья при увеличении стока зимнего и летне-осеннего сезонов. Наибольшие изменения стока наблюдается в апреле в виде уменьшения пика половодья в среднем на 30%.
11. Доля базисного стока в общем объеме годового стока на всех рассматриваемых поста увеличилась от 1 периода ко 2. Коэффициент естествен-ной зарегулированности увеличился в среднем на 30%. Согласно данным по замыкающему посту р. Ока - г. Горбатов общая зарегулированность стока бассейна реки Ока увеличилась на 20%.
12. В целом, в Московском регионе общее увеличение средних годовых и сезонных температур не приводит к существенному увеличению объема годового стока, но приводит к значительной трансформации внутригодового распределения стока по сезонам: уменьшается доля весеннего стока, при увеличении доли меженных стоков - летне-осеннего и зимнего сезонов. В 1 период сток весеннего половодья более чем в два раз (в 2,1 раз) превосходил сток летне-осеннего сезона, а зимнюю межень превосходил в 5,5 раз. Во 2 период изменение климатической ситуации (прежде всего повышение температуры) привело к сокращению разницы в объемах стока между сезонами - весенний сток превосходит летне-осенний сезон в 1,39 раз, а зимнюю - в 2,95 раз.
2. Для анализа изменений режима стока рек Московского региона в качестве опорных ГП рассматривались: р. Москва - г. Звенигород, р. Осетр - д. Маркино, р. Клязьма - г. Владимир, р. Ока - г. Кашира, р. Ока - г. Горбатов. Для анализа изменения климатической обстановки в Московском регионе в качестве опорных метеорологических станций выбраны: МС Кашира, МС Можайск, МС Москва ВДНХ, МС Владимир. Выбор ГП/МС определен наличием продолжительных рядов данных о среднемесячных расходах воды/температур воздуха; расположением ГП/МС с учетом охвата всего рассматриваемого региона.
3. Восстановление единичных пропусков в рядах данных среднемесячного стока методом регрессионного анализа позволило увеличит длину рядов сезонного стока: ГП р. Ока - г. Кашира на 5 лет; ГП р. Москва - г. Звенигород - 5 лет; ГП р. Клязьма - г. Владимир - 2 года; ГП р. Осетр - д. Маркино - 2 года. После восстановления пропусков в данных о стоке рек исходными материалами для анализа изменений режима стока рек Московского региона являются данные о среднемесячных расходах воды на ГП: р. Москва - г. Звенигород - 89 лет; р. Осетр - д. Маркино - 54 года; р. Клязьма - г. Владимир - 93 год; р. Ока - г. Кашира - 97 лет; р. Ока - г. Горбатов - 88 лет.
4. Подтверждены климатические изменения в температурном режиме:
- скорость изменения средней годовой температуры воздуха на большей части рассматриваемых МС за 1 период близка к нулю (только на МС Москва ВДНХ - 0,19 0С/10 лет). За 2 период рост средних годовых температур воздуха выражена на всех МС и составляет в среднем 0,460С/10 лет (от 0,43оС/10 лет на МС Владимир до 0,48оС/10 лет на МС Можайск). При этом скорость роста осредненной по России среднегодовой температуры составляет плюс 0,51оС/10 лет;
- повышение средних значений температур воздуха зафиксированы во все сезоны года на всех анализируемых МС: весенние температуры- от 32% (на МС Владимир с 4,0оС до 5,260С) до 43% (на МС Можайск с 3,860С до 5,510С); зимний сезон- от 19% (на МС Владимир с минус 9,830С до минус 7,930С) до 30% (на МС Москва ВДНХ с минус 8,700С до минус 6,050С); летне-осенний сезон - от 1% (на МС Владимир с 10,70С до 10,80С) до 5% (на МС Москва ВДНХ с 11,00С до 11,60С).
5. Установлена неоднородность стока по среднему (для зимнего и летне-осеннего сезонов, а также больше части годового стока) и неизменность - однородность по дисперсии (для годового стока и летне-осенней межени). Сток весеннего сезона характеризуется разбросом в оценке однородности.
6. Для анализа изменений годового и сезонного стоков выделены два квазистационарных периода, соответствующих изменению водности и климатических параметров (температуры):
- до 1975 - 1976 гидрологического года, в течение которого не отмечалось направленных изменений водности (1 период);
- после 1976-1977 гидрологического года, в течение которого наблюдается увеличение стока меженных сезонов (2 период).
7. На долю весеннего стока в 1 период приходилось в среднем 62% годового стока (от 58% на ГМ р. Москва - г. Звенигород до 70% на ГС р. Осетр - д. Маркино). За 2 период средняя доля весеннего стока сократилась на 16% и составила в среднем 46% годового стока. Сокращение весеннего стока наблюдается на всех рассматриваемых гидрологических постах в примерно в равных долях. Статистически значимые понижающие тренды (с вероятностью 95%) рядов суммарных объемов стока за весенний сезон за весь рассматриваемый период характерны для всех анализируемых ГП.
8. На всех анализируемых ГП отмечается увеличение стока летне-осеннего сезона. Во 2 период сток за летне-осенний сезон увеличился в срав-нении с предшествующим периодом, в среднем на 9% (с 27% до 36% годового стока). В летний сезон увеличение меженного стока может быть обусловлено его пополнением за счет стока в период невысокого, но растянутого во времени половодья, на которое накладываются летние, а потом и осенние па-водки. В летне-осенний сезон отмечаются положительные значимые тренды для всех ГС.
9. Увеличение водности в зимний сезон зафиксировано на всех рассматриваемых ГП. В среднем рост объема зимнего стока во 2 период составил 7% (от 5% на ГС р. Клязьма - г. Владимир до 12% на ГС р. Москва - г. Звенигород). Статистически значимые возрастающие тренды (с вероятностью 95%) рядов расходов воды зимнего стока отмечаются для всех анализируемых ГП.
Увеличение объема стока зимней межени обусловлено повышением температуры воздуха зимой, которое сопровождается увеличением количества и продолжительности оттепелей, т.е. формированием зимних паводков. Как следствие, это приводит к уменьшению запасов воды в снежном покрове к началу весеннего половодья. В результате складываются условия для увеличения стока зимнего сезона и снижения стока весеннего половодья
10. Анализ гидрографов стока выявил сглаживание годового хода стока на всех ГП - наблюдается уменьшение объема стока весеннего половодья при увеличении стока зимнего и летне-осеннего сезонов. Наибольшие изменения стока наблюдается в апреле в виде уменьшения пика половодья в среднем на 30%.
11. Доля базисного стока в общем объеме годового стока на всех рассматриваемых поста увеличилась от 1 периода ко 2. Коэффициент естествен-ной зарегулированности увеличился в среднем на 30%. Согласно данным по замыкающему посту р. Ока - г. Горбатов общая зарегулированность стока бассейна реки Ока увеличилась на 20%.
12. В целом, в Московском регионе общее увеличение средних годовых и сезонных температур не приводит к существенному увеличению объема годового стока, но приводит к значительной трансформации внутригодового распределения стока по сезонам: уменьшается доля весеннего стока, при увеличении доли меженных стоков - летне-осеннего и зимнего сезонов. В 1 период сток весеннего половодья более чем в два раз (в 2,1 раз) превосходил сток летне-осеннего сезона, а зимнюю межень превосходил в 5,5 раз. Во 2 период изменение климатической ситуации (прежде всего повышение температуры) привело к сокращению разницы в объемах стока между сезонами - весенний сток превосходит летне-осенний сезон в 1,39 раз, а зимнюю - в 2,95 раз.