Введение 4
Состояние сети гидрологических наблюдений в горных и полугорных районах Историческая справка о создании гидрологической сети 6
Современное состояние гидрологической сети наблюдений 9
Организация гидрометеорологической сети 12
Выбор участка реки для организации гидрологического поста 12
Метод Карасёва И.Ф 14
Градиентный критерий 15
Корреляционный критерий 16
Репрезентативный критерий 17
Оптимальное число гидрологических постов 17
Формирование базы данных для исследования 19
Выбор водосборов для апробации методик организации сети наблюдений База данных для исследования 22
Апробация подходов организации сети наблюдений 24
Подготовка данных к исследованию 24
Восстановление данных 24
Вычисление статистических характеристик по рядам 26 наблюдений Проверка рядов на однородность 29
Определение центров водосбора с помощью программы ArcGIS 31
Построение карта-схем в программе Surfer 33
Основные принципы построения карт изолиний 33
Построение карты-схемы с изолиниями модуля стока и 34 коэффициента вариации с помощью метода Кригинга
37 методами интерполяции
Расчет градиента изменения стока с помощью Surfer 39
4.1 Метод Карасёва И.Ф 41
Расчет по методике Карасёва И.Ф для верхнего течения Оби 41
Расчет по методике Карасёва И.Ф для рек Северного Кавказа 45
Использование 3D моделей для организации сети на водосборах
4.2 48 полугорных и горных рек
Актуальность использования 3D моделей 48
Построение карт-схем в ArcGIS в 2D 48
Пересчет расстояния с учетом рельефа 52
Пересчет по методике Карасёва И.Ф с учетом 3D расстояния 54
Построение карт-схем в ArcGIS в 3D 55
Заключение 58
Список использованных источников 59
Приложения 61
Актуальность работы
В данной работе рассматриваются сразу две немаловажные проблемы. Первая из них - экономически выгодная организация сети гидрологических наблюдений, которая при этом способна предоставлять репрезентативные данные.
Равномерность размещения постов - основное требование, которому должна удовлетворять опорная сеть для интерполяции стока в пределах гидрологического района. Однако равномерное развитие сети без учёта перспектив строительства и комплексного использования не может считаться экономически оправданным.
Организация гидрологических наблюдений на водосборах полугорных и горных рек является актуальной темой из-за необходимости контроля за водными ресурсами. Организация сети на изучаемых водосборах позволит собирать информацию о количестве воды и ее качестве, а также предсказывать возможные риски для гидротехнических сооружений и населения, связанные с изменением уровня воды в реках. Это поможет сократить ущерб, вызванный наводнениями и другими катастрофами, а также обеспечить эффективное использование водных ресурсов и их защиту от исчерпания.
Цель исследования заключается в выявлении оптимального числа гидрологических постов, приходящихся на горные и полугорные районы. Также необходимо рассмотреть распределение стока по исследуемым территориям с помощью созданной 3D модели.
Объектом исследования является гидрографическая сеть (реки, речные системы) в выбранных полугорных и горных районах России, а именно верхнее течение Оби и реки Северного Кавказа.
Основные задачи исследования:
а) собрать необходимые гидрографические характеристики и провести проверку на однородность;
б) изучить метод, представленный Карасёвым И.Ф, для организации сети гидрологических наблюдений и выполнить необходимый расчёт;
в) создать 3D модель выбранных территорий и выявить различия некоторых характеристик от 2D модели;
г) с учётом новых данных пересчитать полученные ранее значения по методу Карасёва И.Ф. и получить наиболее достоверный результат;
д) сравнить и проанализировать полученные результаты.
Научная новизна данной работы заключается использовании и создании 3D модели, с помощью которой происходит расчёт необходимых характеристик, которые впоследствии сравнятся с данными, полученными обычным расчёт на 2D модели.
В ходе выполнения данной работы был собран массив среднегодовых расходов воды по территориям трех УГМС: Обь-Иртышского, ЗападноСибирского и Северо-Кавказского. Восстановлению не подлежали только данные с Обь-Иртышского УГМС в связи с их недостаточностью.
С помощью метода Карасёва И.Ф для верхнего течения Оби было найдено оптимальное число гидрологических постов, которое равнялось 24. На территории водосборов рек Бия и Катунь в данный момент действует 20 гидрологических постов, что говорит о небольшой недостаточности.
После проведения аналогичных расчётов по территории Северного Кавказа оптимальное количество постов должно достигать 34, но в настоящее время функционирует больше 40.
После этого были построены 3D модели выбранных участков, с помощью которых было найдено расстояние между центрами водосборов с учётом рельефа и выполнен пересчёт по методу Карасёва И.Ф.
С помощью автоматизированной программы ArcGIS были найдены интересующие характеристики с более высокой точностью, поэтому результаты по методу Карасёва И.Ф для 2D и 3D модели немного меняется.
Если раньше оптимальным числом гидрологических постов для верхнего течения Оби было 24, то теперь это количество равняется 19, а для рек Северного Кавказа - 30.
