Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМЫХ БАССЕЙНОВ 8
1.1 Географическое положение объектов 8
1.2 Рельеф и геология 8
1.3 Климат 12
1.4 Гидрологические условия 16
2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ .. 19
2.1 История и программное обеспечение модели HBV 19
2.2 Модель HBV-light и ее параметры 21
2.3 Данные для моделирования 32
2.4 Выбор объектов исследования 38
2.4.1 Водосбор р. Чузик - с. Пудино 38
2.4.2 Водосбор р. Актру - гмс. Актру 40
2.5 Калибровка модели 40
2.6 Основные области применения модели HBV и в мире 44
2.7 Достоинства и недостатки модели HBV 46
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 55
ПРИЛОЖЕНИЯ 60
Моделирование процессов формирования стока — одно из основных направлений развития гидрологии. Модели формирования стока все чаще используются для решения ряда теоретических и прикладных задач, например: расчет гидрографов стока с неизученных бассейнов, разработка расчетов наводнений, исследование последствия изменений в водосборном бассейне, изучение влияния изменения климатических условий на характер стока, оперативный краткосрочный и долгосрочный прогноз при разных фазах режима стока и т.д.
Компьютерные модели, особенно концептуальные, часто используются для гидрологических исследований водосбора. Обучение гидрологическому моделированию является сложной задачей, поскольку студенты должны понимать общую концепцию модели и уметь использовать определенные компьютерные программы в применение компьютерных моделей.
Актуальность работы. В связи с потеплением климата и таянием ледников и ледниковых щитов возникает необходимость изучения гидрометеорологических процессов и моделирования водного баланса и стока горных рек. В настоящее время все чаще и больше используется компьютерное моделирование гидрологического цикла.
Имитационное компьютерное моделирование происходящих процессов позволяет относительно быстро просчитать разные варианты входных воздействий и реакции на них природной системы, а также оценить количественно и выбрать наиболее приемлемые варианты воздействий. Сама компьютерная модель в дальнейшем может быть использована как основа для мониторинга изменений окружающей среды.
К сожалению, несмотря на актуальность данного направления в современной науке, компьютерное моделирование в нашей стране имеет массу проблем, связанных и с недостаточным финансированием и недоступностью сертифицированных компьютерных программ
отечественного производства. Однако компьютерное моделирование во всем мире в целом развивается очень быстро.
Целью работы является компьютерная имитация стока рек разных географических районов (на примере р. Чузик - с. Пудино и р. Актру - гмс. Актру) на основе гидрологической модели HBV-light для оценки реакции режима стока и динамики ледников на изменение климата.
Задачи:
1. Провести анализ гидрометеорологических данных по районам исследования и создать информационную базу для моделирования, включающую входную информацию и сток в замыкающем створе.
2. Дать количественную характеристику ландшафтной структуры водосборов.
3. Изучить условия формирования стока исследуемых водосборов.
4. Для модели подобрать оптимальные значения параметров и оценить чувствительность модели по отношению к основным параметрам.
5. Выполнить расчеты гидрографов стока на независимом материале.
Объекты исследования и исходные данные. В качестве объектов исследования выбраны водосборы, находящиеся в разных физикогеографических условиях (р. Чузик - с. Пудино и р. Актру - гмс. Актру). Для выполнения работы исходными данными стали: ежедневные
метеорологические и гидрологические наблюдения - осадки [мм/сут], температура воздуха [°C], расходы воды [мм/сут] и среднегодовые значения испарения и другие характеристики, полученные из различных литературных источников.
Методы исследования: Гидрологическая концептуальная модель HBV-light [40]. Расчеты производились с помощью программных средств обработки информации: Microsoft Excel 2010, Google Earth и SAS.Planet (предоставление космоснимка изучаемой территории).
Объем и структура работы. Магистерская диссертация состоит из введения, 3 глав, включая 14 рисунков, 3 таблицы, заключения, списка 6
использованной литературы (46 наименования), 9 приложений, объем диссертации составляет 88 страниц.
Во введении описана актуальность данной работы, цель, поставленные задачи, исходные данные, объекты и методы исследования.
В первой главе описаны характеристики исследуемых водосборов, их географическое положение.
Вторая глава посвящена методам исследований, описана модель HBV- light и ее параметры, выбору объектов исследования, основные области применения модели HBV-light, исходная информация, использованная в моделировании.
В третьей главе приведены результаты гидрологического моделирования примененной модели.
В заключении приведены основные выводы по проделанной работе и намечены направления дальнейших исследований.
Также приведен список использованных источников, при написании данной работы и приложения.
Моделирование стока с помощью рассмотренной модели показало хорошие результаты. Совпадение рассчитанного и фактического гидрографов оказалось достаточно удовлетворительным. Автором были исследованы два бассейна: р. Чузик и р. Актру, находящиеся в разных физико-географических районах. Рассмотрены условия формирования стока исследуемых водосборов. Для данных рек адаптирована гидрологическая модель HBV- light. Проведена работа по калиброванию параметров модели для каждой реки в отдельности.
В ходе исследования выполнено следующее:
1. Проведен анализ гидрометеорологических данных по бассейнам исследования и создана информационная база для моделирования, включающая входную информацию и сток в замыкающем створе.
2. Дана количественная характеристика ландшафтной структуры водосборов.
3. Для модели подобраны оптимальные значения параметров и оценена чувствительность модели по отношению к основным параметрам.
4. Выполнены расчеты гидрографов стока на независимом материале.
Можно сделать вывод о том, что использование модели HBV-light для заболоченной реки показало, что модель хорошо воспроизводит динамику моделируемого стока, для горной реки немного хуже, в силу большего разнообразия условия формирования стока в бассейне Актру. Критерии Нэша-Сатклиффа (Reff) составили 0,52...0,75. Осредненный коэффициент детерминации за весь период наблюдений, по двум рекам варьируется от 0,44 до 0,75. Откалиброванные параметры модели рекомендуется применять при моделировании стока для составления краткосрочных и долгосрочных прогнозов расхода воды.
Данная модель может быть использована для оценки изменения речного стока в условиях современного изменения климата.
