Введение
1 Физико-географическое описание бассейна озера Ильмень
1.1 Г еографическое положение и рельеф
1.2 Почвенный покров
1.3 Растительность
1.4 Климатическая характеристика
1.4.1 Т емпературный режим
1.4.2 Режим осадков
1.5 Гидрография
1.6 Гидрологический режим
2 Долгосрочные прогнозы стока рек и притока воды в водохра
нилища в период межени
2.1 Источники питания и составляющие меженного стока
2.2 Уравнение истощения и определение его параметров
2.3 Виды и методика долгосрочных прогнозов стока и уровней воды в период межени
2.4 Прогнозы сезонного меженного стока и его распределение во времени
2.5 Прогнозы месячного стока по данным о предшествующих расходах воды
2.6 Прогнозы стока по данным о запасе воды в русловой сети и осадкам
2.7 Прогнозы средних и минимальных месячных уровней воды
3 Динамические модели формирования стока и их использование в прогнозах
3.1 Общее представление о системном моделировании
3.2 Модель замкнутого водоема
3.3 Модель склонового стока
4 Поверочные прогнозы расходов воды в летне-осенний период на притоках озера Ильмень
4.1. Исходные данные
4.2 Численное решение модели склонового стока
4.3 Параметризация динамической модели склонового стока
4.4 Поверочные прогнозы расходов воды
5 Прогноз уровней озера Ильмень
5.1 Исходные данные
5.2 Параметризация динамической модели водоема
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А. Среднемесячные расходы воды
Приложение Б. Результаты корреляционного анализа
Приложение В. Результаты параметризации модели склонового стока
Приложение Г. Фактические и прогнозные гидрографы стока основных притоков озера Ильмень
Объектом исследования является озеро Ильмень, которое представляет собой мелководный водоем. В прибрежной зоне его глубина не превышает 3 - 4 метра, а в центральной части - 6 - 10 метров. Берега озера очень пологие, заболоченные, что приводит к их затоплению при подъеме уровней, в результате чего площадь озера сильно колеблется. При высоких подъемах уровня площадь зеркала увеличивается почти в три раза. Еще одной отличительной особенностью озера является большая амплитуда колебаний уровня, достигающая за многолетний период около 7 метров. Такая амплитуда является необычной для озер. Это объясняется тем, что площадь самого озера по сравнению с площадью водосбора очень невелика.
Такие особенности озера приводят к тому, что даже при несущественных изменениях уровня воды затоплению подвергаются значительные территории. Поэтому долгосрочный прогноз уровней воды озера представляется актуальной и важной задачей.
В настоящее время разработано довольно много методов прогнозирования уровней воды. В данной работе использовались методы, в основе которых лежат математические модели в виде дифференциальных уравнений. Математические модели позволяют осуществлять расчет и прогноз расходов воды на притоках и уровней озера. На кафедре гидрофизики и гидропрогнозов проводилась апробация моделей для целей краткосрочного прогнозирования. В частности, для всех основных притоков озера Ильмень была разработана методика краткосрочного прогноза расходов воды, а также была разработана методика краткосрочного прогноза уровней озера. Однако для долгосрочных прогнозов, заблаговременность которых превышает 15 суток, разработки методики и широкой апробации не проводилось.
Целью данного исследования является разработка методики долгосрочного прогноза уровней воды, в основе которой лежит системная математическая. Поскольку уровень воды в озере определяется расходами притоков, разработка методики включает в себя и этап прогнозирования расходов воды.
Основными задачами являются:
1) сбор исходной гидрологической информации об уровнях озер и расходов воды на его притоках;
2) сбор исходной метеорологической информации (сведений об атмосферных осадках, температуре воды, влажности воздуха и др.);
3) параметризация динамической модели склонового стока для целей долгосрочного прогноза расходов воды на основных притоках озера Ильмень;
4) выпуск поверочных прогнозов расходов воды;
5) параметризация динамической модели водоема;
6) выпуск поверочных прогнозов озера Ильмень с целью оценки эффективности методики.
Актуальность данного исследования заключается в том, что заблаговременная оценка уровней воды Озера Ильмень позволит оценить масштабы затопления и принять меры для предотвращения или минимизации ущерба.
Новизна исследования заключается в том, что для озера Ильмень в основном выпускаются краткосрочные прогнозы. Кроме того, прогнозы выпускаются преимущественно в период половодья. В основе применяемых методов лежат статистические зависимости. В данной работе предлагается использовать метод математического моделирования.
Достоверность полученных результатов подтверждается проверкой всех прогнозов с использованием критериев, рекомендованных Росгидрометом и принятых в отделах прогнозов управлений по гидрометеорологии и охране окружающей среды.
Целью работы была разработка и апробация методики долгосрочных прогнозов расходов воды на наиболее крупных притоках озера Ильмень и уровней озера в летне-осенний период. В основе прогноза лежали динамические модели с сосредоточенными параметрами, которые прошли широкую апробацию на кафедре гидрофизики и гидропрогнозов, особенно для краткосрочных прогнозов. Для долгосрочных прогнозов, особенно уровней воды, апробации не проводилось. Задачи, поставленные в работе заключались в адаптации методики для прогноза в летне-осенний период, когда колебания как расходов воды на притоках, так и уровней воды, вызваны атмосферными осадками.
Для решения поставленной задачи и достижения цели был собран довольно обширный материл, включающий сведения о расходах воды на наиболее крупных притока (реках Мста, Шелонь, Ловать, Пола и Полисть) тиу- ровнях озера, сведения о метеорологических параметрах (атмосферных осадках, температуре воздуха, влажности воздуха, скорости ветра).
На первом этапе разрабатывалась методика прогноза расходов воды на притоках. Параметризация модели проводилась на довольно обширной материале, включающем наблюдения за период 1988 - 2005 гг. Поверочные прогнозы, позволяющие оценить эффективность методики выполнялись за период 2006 - 2010 гг. Полученные результаты позволяют сделать вывод об эффективности работы методики для прогноза расходов воды.
В дальнейшем полученные прогнозные значения использовались в качестве внешнего воздействия при прогнозах уровней воды озера. Помимо расходов притоков учитывалось также испарение и осадки, выпадающие на зеркало озера. Также как и для притоков, сначала была проведена параметризация модели, а затем поверочные прогнозы.
По результатам проделанной работы можно сформулировать основные выводы.
Для прогнозов расходов воды на притоках методика прогноза, основанная на динамической модели склонового стока первого порядка дает удовлетворительные результаты. Изменение численной схемы не дает ожидаемого выигрыша в точности.
Полученные прогнозные значения расходов воды могут быть использованы при прогнозах уровня воды в озере Ильмень. Методика прогноза уровней воды нуждается в дополнительной проработке, так как не дает удовлетворительных результатов. Дальнейшее усовершенствование методики может проводиться в следующих направлениях:
1) учет в модели водоема оттока со стороны р. Волхов с использованием информации о расходах притоков р. Волхов - рек Тигоды, Керести и Пчевжи, а также информации об уровне верхнего бьефа Волховской ГЭС;
2) усовершенствование методики параметризации.
