Анализ и моделирование процессов формирования стока в малоизученных бассейнах

Семенова, Ольга Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Анализ и моделирование процессов формирования стока в малоизученных бассейнах
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Анализ и моделирование процессов формирования стока в малоизученных бассейнах"

На правах рукописи

□ □34577 19

Семенова Ольга Михайловна

АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА В МАЛОИЗУЧЕННЫХ БАССЕЙНАХ (НА ПРИМЕРЕ БАССЕЙНА Р. ЛЕНЫ)

Специальность 25.00.27 «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ДЕН 2008

Санкт-Петербург 2008

003457719

Работа выполнена в Государственном Гидрологическом институте

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Виноградов Юрий Борисович (ГУ ГГИ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Болгов Михаил Васильевич (ИВП РАН)

кандидат технических наук Гайдукова Екатерина Владимировна (РГГМУ)

Ведущая организация: ГУ «Арктический и антарктический научно-

исследовательский институт» (ГУ ААНИИ)

Защита состоится 25 декабря 2008 г. в » часов на заседании диссертационного совета Д212.197.02 в Российском государственном гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., д. 98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан » ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного . —ч

совета кандидат географических наук Воробьев В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Физически обоснованное распределенное моделирование. является своего рода квинтэссенцией современной гидрологической науки. Очевидно, что оно лежит в основе дальнейшего развития методов описания гидрологических явлений, расчетов и прогнозов стока.

Международной ассоциацией гидрологических наук в качестве одного из приоритетных направлений развития гидрологии в текущем десятилетии (20032013 гг.) назван проект PUB {Predictions in Ungauged Basins) - гидрологические расчеты в неизученных бассейнах.

Главной целью этого международного проекта является создание и развитие новых гидрологических моделей, основанных на понимании процессов и явлений, а не калибровке данных измерений.

Среди основных задач проекта PUB указывается совершенствование знаний и понимания влияния климатических факторов и особенностей подстилающей поверхности на гидрологические процессы всех масштабов в целях уменьшения неопределенностей в гидрологических расчетах и прогнозах.

В связи с этим создание универсальной детерминированной распределенной моделирующей системы для описания состояния речного бассейна и его пространственно-временной динамики, а также накопление в базах данных информации о водосборах и ее систематизация приобретают особую актуальность.

Моделирующая система, пригодная для характеристики процессов формирования стока в любом бассейне Земли, в совокупности с параметрическим информационным обеспечением кроме значимости для фундаментальной науки должна иметь вполне конкретные технические приложения. Среди них - долгосрочные и краткосрочные прогнозы стока, исследования влияния изменений климата, ландшафтов или экологической ситуации на состояние бассейнов.

Проблемы моделирования и прогноза стока речных бассейнов (прежде всего для региона Восточной Сибири) имеют также важное прикладное значение для решения ряда задач, связанных с обеспечением безопасности, оптимального функционирования гидротехнических сооружений, установлением сроков навигации, а также с устойчивым энергообеспечением населения и объектов экономики.

Оценки современного состояния и направлений развития распределенного детерминированного моделирования в гидрологии, даваемые разными гидрологическими школами, неоднозначны, а порой и противоречивы.

Для качественного описания и численного моделирования гидрологических систем к настоящему времени разработан широкий спектр

подходов и соответствующих математических моделей. Следует признать, тем не менее, что указанные подходы не имеют универсального характера и ориентированы на моделирование конкретных речных бассейнов или отдельных процессов, формирующих сток. Главным недостатком здесь нам представляется преобладание технологий калибровки, что принципиальным образом ограничивает возможности их априорного использования на слабо изученных бассейнах.

В общетеоретическом плане следует иметь в виду, что ориентация на разработку изолированных моделей, пригодных для описания формирования стока только в одном данном водосборе или даже в группе водосборов со сходными условиями, противоречит принципиальному положению, согласно которому физика процессов формирования стока едина для всей поверхности суши.

Таким образом, степень универсальности алгоритмов модели следует признать важнейшим критерием научной значимости методологии, в большой мере отражающим ее адекватность описываемым природным явлениям и предполагаемым применениям.

Целью диссертационной работы является развитие методов анализа, информационного обеспечения и моделирования процессов формирования стока в условиях слабой изученности речных бассейнов разных масштабов и сложной структуры рельефа и ландшафтов (на примере бассейна р. Лены).

В соответствии с целью работы в диссертации решены следующие задачи:

- Анализ методологических принципов, применяемых в задаче моделирования стока, в сравнении с альтернативными теоретическими положениями моделирующей системы «Гидрограф».

- Систематизация и оценка параметров математической модели процессов формирования стока.

- Разработка и реализация методики расчета скорости и времени добегания.

- Решение задачи пространственной интерполяции суточных сумм осадков в горных условиях.

- Апробация методики моделирования в бассейнах с искусственным регулированием на примере Вилюйского водохранилища.

- Моделирование стока для водосборов в пределах бассейна р. Лены.

- Оценка эффективности использования универсальной гидрологической моделирующей системы на основе анализа результатов моделирования.

Объектом исследования являются водосборы в пределах бассейна р. Лены, существенно отличающиеся своими размерами (площадь от 40 до более, чем 2*106 км2) и находящиеся в различных ландшафтных зонах.

Предмет исследования составляют закономерности процессов формирования стока в бассейне р. Лены, разнообразие условий которых

позволяют оценить универсальность предлагаемой модели формирования стока и сопутствующего программно-математического обеспечения.

Методологической основой диссертационной работы является универсальная детерминированная распределенная модель формирования стока «Гидрограф» (разработанная д.т.н., проф. Ю.Б. Виноградовым в Государственном Гидрологическом институте), которая описывает процессы формирования стока в бассейнах с различными физико-географическими характеристиками.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, что на основе разработанных принципов построения единого информационного, программно-алгоритмического и параметрического обеспечения впервые в практике гидрологических расчетов проведено моделирование процессов формирования стока с суточным расчетным интервалом для бассейнов существенно различных размеров.

В рамках решения частных задач впервые:

- обоснована методика априорной оценки значений параметров универсальной гидрологической модели применительно к условиям большого слабоизученного бассейна;

- обоснована методика интерполяции метеорологической составляющей входа модели применительно к условиям сложного горного рельефа;

- предложена методика расчета элементов водного баланса крупных водохранилищ и их участия в общем регулируемом стоке данной реки.

Практическая значимость диссертационного исследования обусловлена:

- разработанными принципами и фактическим построением единой информационной базы для реализации моделирующего алгоритма в задаче расчетов стока в малоизученных районах;

- разработанной методикой расчета стока и составляющих водного баланса в бассейнах с искусственным регулированием;

- подтвержденной эффективностью использования единого программно-алгоритмического комплекса распределенной гидрологической модели для расчетов величин стока в бассейнах, имеющих различный размер и физико-географические характеристики.

Полученные результаты могут быть использованы в разработке методов прогнозирования и расчетов характеристик стока для малоизученных бассейнов, в решении задач обеспечения безопасного функционирования гидротехнических сооружений, а также при исследовании влияния изменений климата и ландшафтов на гидрологический режим Восточной Сибири.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Принципы построения информационной базы и методов оценки и назначения параметров в концепции гидрологической модели «Гидрограф» применительно к малоизученным бассейнам.

- Методика определения скоростей добегания на основе интерполяции наблюденных данных.

- Выявление закономерностей распределения годовых норм осадков в зависимости от рельефа для различных орографических районов. Создание методики пространственной интерполяции метеорологических величин в горных условиях (на примере бассейна р. Лены).

- Методика моделирования речных бассейнов с искусственным регулированием стока (на примере Вилюйского водохранилища).

- Результаты распределенного детерминированного моделирования процессов формирования стока для водосборов разного масштаба с суточным расчетным интервалом, основанные на использовании единого параметрического обеспечения модели, и их интерпретация в рамках дальнейшего развития и совершенствования методов расчетов стока применительно к малоизученным бассейнам.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждается удовлетворительной согласованностью результатов модельных расчетов с фактическими данными.

Апробация работы Основные положения и выводы диссертации докладывались автором на следующих конференциях: 6-й Всероссийский гидрологический съезд (Санкт-Петербург, 2004); международная конференция «Безопасность речных судоходных гидротехнических сооружений» (Санкт-Петербург, Университет Водных Коммуникаций, 2007); научная конференция «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» (Москва, Институт водных проблем РАН, 2007); научная сессия кафедры гидрологии суши СПбГУ «Географические и экологические аспекты гидрологии» (Санкт-Петербург, Государственный Университет, 2008); конференция Росгидромета, посвященная 70-летию дрейфа СП-1 (Москва, Институт прикладной геофизики, 2008); международная конференция «Polar Research - Arctic and Antarctic Perspectives in the International Polar Year» (Санкт-Петербург, 2008); международный форум «Современные проблемы и будущее геокриологии» (Якутск, Институт мерзлотоведения СО РАН, 2008); международная конференция «Predictions for Hydrology, Ecology and Water Resources Management» (Прага, 2008); международная конференция «Hydrological Extremes in Small Basins» (Краков, 2008); международный симпозиум по арктическим исследованиям «Drastic Change Under the Global Warming» (Токио, 2008); международный симпозиум IAHS-PUB «Hydrological Modelling and

Integrated Water Resources Management in Ungauged Mountainous Watershed» (Ченду, 2008).

Основные положения диссертации изложены в тезисах и абстрактах 11 конференций, в том числе 5 зарубежных, а также в 2 статьях, опубликованных в рецензируемых изданиях списка ВАК.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, объемом 216 страниц, включая 18 рисунков, 13 таблиц, списка литературы из 106 наименований и 8 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована ее практическая значимость, описана структура исследования и приведено краткое содержание ее разделов.

Первая глава диссертационной работы посвящена изложению современного состояния вопроса распределенного детерминированного моделирования процессов формирования стока. Дан обзор отечественных работ в этой области Ю.Б. Виноградова, А.Н. Гельфана, Е.М. Гусева, В.Н. Демидова, Ю.М. Денисова, В.В. Коваленко, С.А. Кондратьева, В.И. Корня, Л.С. Кучмента, Ю.Г. Мотовилова и других исследователей.

Рассмотрены ставшие традиционными для современных моделей методы описания формирования поверхностного и подземного стока, его дорусловой и русловой трансформации. Кратко изложены концепции, положенные в основу модели «Гидрограф» для решения вышеуказанных задач гидрологического моделирования, их отличия от повсеместно принятых методов и преимущества использования при решении исследовательских и прикладных задач.

Мощности современных вычислительных средств позволяют осуществлять численную реализацию моделей, основанных на сеточных методах решения уравнений математической физики, поэтому ограниченность указанных подходов с современной точки зрения носит, прежде всего, концептуальный характер. Использование в моделях формирования стока формальных методов расчетов с хорошо разработанными схемами решений в концепции уравнения Навье-Стокса подменяет и искажает сущность природных процессов формирования стока.

Распределенная детерминированная гидрологическая модель процессов формирования стока «Гидрограф» разработана

д.т.н. проф. Ю.Б. Виноградовым в Государственном Гидрологическом институте.

Модель описывает всю совокупность процессов, формирующих наземный гидрологический цикл: выпадение осадков и их перехват растительным покровом; формирование и разрушение снежного покрова; испарение; поверхностное задержание стока и инфильтрация; динамика тепла и влаги в

почве; подземное питание; образование поверхностного, почвенного и подземного стока; русловая трансформация и формирование стока в замыкающем створе.

При этом в рамках модели остаются актуальными задачи ее информационного обеспечения, прежде всего в условиях малоизученных бассейнов, а также задачи программной реализации.

Принцип универсальности является основополагающим при построении и оценке модели «Гидрограф». Под ним подразумевается возможность в рамках единой системы и унифицированного информационного подхода моделировать процессы формирования стока в самых различных типах бассейнов вне зависимости от их размера, типа подстилающей поверхности и климатических условий. В диссертации в целях верификации модели на соответствие данному принципу проведено моделирование разнородных гидрологических объектов и подтверждена приемлемая точность и практическая значимость результатов.

В табл. 1 представлена сводная характеристика особенностей модели «Гидрограф» по сравнению с «физико-математическими» моделями стока.

Таблица 1. Сравнение общепринятых подходов и модели «Гидрограф»

Стандартные Модель «Гидрограф»

Схематизация бассейна Набор конечных элементов Гексагональная сетка репрезентативных точек

Динамика влаги в ненасыщенной зоне Уравнение влагопроводности Воднобалансовое соотношение

Динамика тепла в почве Уравнения в частных производных Обыкновенные дифференциальные уравнения

Склоновая и русловая трансформация стока Уравнения Сен-Венана и кинематической волны Концепция стоковых элементов

Подземный сток Уравнение Буссинеска

Назначение параметров Калибровка Априори

Проблема масштаба Да Нет

Универсальность Нет Да

Вторая глава посвящена развитию подходов к информационному обеспечению процедуры моделирования стока в условиях значительной неопределенности входной и параметрической информации.

Дано описание выбранных в качестве объектов моделирования водосборов в бассейне р. Лены размером от 40 до более, чем 2*106 км2 (рис. 1). Критерием для выбора совокупности бассейнов в качестве объектов моделирования является их «каскадность», означающая, что определенные для малых водосборов параметры модели могут быть последовательно использованы для более крупных бассейнов.

Схематизация бассейна и выделение стокоформирующих комплексов Следуя подходу Ю.Б. Виноградова, постулирующего тот факт, что «некоторая упорядоченная система точек, расположенных в пределах водораздельного контура бассейна, объективно способна представлять этот бассейн», произведена пространственно-вычислительная схематизация водосборов. В модели «Гидрограф» речной бассейн представляется набором регулярных репрезентативных точек (РТ), расположенных в пределах водораздельного контура и упорядоченных в виде гексагональной сетки. Каждой РТ приписывается тяготеющая к ней площадь, в пределах которой характеристики, отражающие свойства рельефа, принимаются неизменными.

Для расчетных бассейнов определены следующие характеристики склонов: ориентация, высота, угол наклона, орографическая затененность. Так, в бассейне р. Лены с замыкающим створом Кюсюр (площадь 2400000 км2) было назначено 128 РТ и использованы данные суточного разрешения более чем двухсот метеостанций.

Для исследуемых бассейнов р. Лены составлены карты стокоформирующих комплексов (СФК) - областей, однородных по типу

формирования стока, почвенных, растительных и ландшафтных характеристик (рис. 2).

В качестве отдельных СФК выделены все типы подстилающей поверхности, общая площадь которых, во-первых, соизмерима с площадью, подкомандных РТ, а во-вторых, обеспеченных информацией о гидрологически значимых свойствах ландшафтов.

Для СФК-районирования использованы литературные источники, справочные и кадастровые материалы, топографические карты, карты почвенно-растительного покрова, ландшафтные карты.

горная тундра и гольцы лиственничные редины и стланик северо-таехные редкостойные горные леса лиственничные мари

северо-таехные редкостойные равнинные леса сосново-лиственнииные среднетаехные леса травяно-кмсторничковые лиственничники средней гаиги растительность поим и болот горные лиственничные леса сосновые окно-таежные горные лесо горнотаежные темнохвоиные леса Рисунок 2. Схема стокоформирующих комплексов в бассейне р. Лены

Система параметров модели формирования стока «Гидрограф»

Алгоритм модели «Гидрограф» Оперирует следующими величинами: физические и условные константы; определяемые по картографическим материалам характеристики бассейна; параметры и переменные состояния. Значения параметров принимаются постоянными для каждого объекта, но изменяются от бассейна к бассейну в зависимости от их физико-географических особенностей.

В ходе работы описаны, систематизированы по выделенным СФК и назначены параметры модели «Гидрограф». Среди них параметры:

- почвенной колонки (плотность почвенного вещества и горной породы, пористость, максимальная водоудерживающая способность, коэффициент фильтрации, удельная массовая теплоемкость, удельная массовая теплопроводность, показатель влияния льдистости на фильтрацию, доля вклада расчетного слоя почвы в общее испарение);

- растительного покрова (максимальная и минимальная ёмкость перехвата осадков элементами растительного покрова, максимальная и минимальная затененность кронами, параметр подвода тепловой энергии, альбедо почвы и

ёмкости перехвата, параметр максимальной испаряемости, параметр испаряемости из ёмкости перехвата, фенологические даты);

- поверхности склонов (максимальный и минимальный коэффициент снегонакопления в оврагах, коэффициент вариации толщины снежного покрова, максимальная лужистость, коэффициент кольматации, максимальный слой поверхностного задержания, гидравлический параметр поверхностного и почвенного притока);

- подземных вод (гидравлические параметры подземного притока для ярусов подземных вод; доля ярусов подземных вод в питании реки - принимается на основании результатов расчетов согласно концепции о стоковых элементах);

- климата (параметры двухгармоничной синусоиды [среднее, две амплитуды и две фазы], описывающей годовой ход температуры воздуха, облачности, вероятности появления дня с осадками, количества осадков, дефицита влажности воздуха или относительной влажности воздуха, температуры почвы на глубине 1,6 м; коэффициент продолжительности жидких осадков в зависимости от их слоя; интерполяционные коэффициенты отдельно для осадков и температуры и дефицита влажности воздуха).

Далее в диссертации разработана методика определения скорости и времени добегания.

Структура детерминированной гидрологической модели, а также способ схематизации бассейна определяется подходом, принятым для описания склоновой и русловой трансформации стока из места его формирования в замыкающий створ.

Представляется, что существующее информационное

гидрометеорологическое обеспечение недостаточно для адекватного применения уравнений математической физики, требующих задания полей шероховатости, микро- и мезорельефа, данных о морфометрии русел и других величин. Параметры таких моделей, откалиброванные по фактическим гидрографам в замыкающем створе и аккумулирующие значительную часть неопределенности граничных условий, не могут быть систематизированы и перенесены на другие объекты.

В качестве альтернативы в диссертации для преобразования притока к русловой сети в гидрограф в замыкающем створе предложено использовать постоянные величины скорости и времени добегания, назначенные для каждой РТ. Такой подход основан на следующих допущениях:

1. Большую часть расстояния добегания от РТ до замыкающего створа вода проделывает по русловой сети, поэтому скорость добегания принята равной скорости течения в речной сети.

2. Скорость и время добегания принимаются постоянными и независящими от объема стока.

Для определения скоростей течения использованы опубликованные в Гидрологических ежегодниках (до 1974 года) данные об измеренных расходах воды и соответствующих им наблюденных средних скоростях течения в поперечном сечении потока по 228 гидрометрическим створам бассейна р. Лены. Для каждого гидрологического поста ранжирован ряд значений измеренных средних скоростей, а затем выбраны и осреднены верхние 10 % диапазона их изменения, соответствующие максимальным величинам.

Статистический анализ данных о скоростях добегания подтвердил их высокую устойчивость, достаточную для обоснованной оценки времени добегания от расчетных точек до замыкающего створа (табл. 2).

Таблица 2. Характеристики максимальных скоростей течения, измеренных на гидрометрических постах в бассейне р. Лены

Объект Среднее значение (из 10% максимальных)[м3/с] Среднее абсолютное отклонение [м3/с] Коэффициент вариации [б/р]

Бассейн р. Лены 1.40 0.42 0.30

Площадь бассейна, км2 < 1000 1.21 0.47 0.39

1000-10000 1.10 0.46 0.44

10000-100000 1.55 0.32 0.20

>100000 1.72 0.33 0.19

Крупные притоки р. Лены верхняя Лена 1.42 0.31 0.21

р. Алдан 1.51 0.53 0.35

р. Витим 1.50 0.50 0.34

р. Вилюй 1.12 0.28 0.25

р. Олекма 1.42 0.31 0.22

Для оценки времени добегания от РТ до замыкающего створа предложено использовать определенные для гидрологических постов средние максимальные скорости течения. С учетом рельефа для каждой РТ определен набор характерных отрезков руслового пути добегания. Скорости добегания оцениваются на основе интерполяции данных по фактически измеренным скоростям (на гидрологических постах или их аналогах, через который проходит путь добегания).

Индивидуальное время добегания г для отдельной РТ предлагается

рассчитывать по формуле 1=1 ^ + , где ^ - расстояние между постами,

У| - определенная максимальная скорость на посту.

Предложенная методика оценки времени добегания обеспечивает его соответствие средней максимальной скорости течения или максимальным

расходам воды. Это позволяет обоснованно рассчитывать сроки подъема и спада максимальных значений рассчитываемых гидрографов, а некоторое занижение реального времени добегания минимальных расходов, обусловленное ориентацией на максимальные скорости, оказывает незначительное влияние на окончательную форму расчетного гидрографа.

Далее в диссертации предложена методика интерполяции осадков в бассейнах со сложным рельефом.

В условиях равнинного рельефа и наличия достаточного количества метеорологических станций интерполяция суточных величин метеорологической информации из метеостанций в РТ выполняется на основе триангуляции.

В горных районах со значительной неопределенностью в оценках климатических норм метеорологических элементов, основанных на данных сетевых наблюдений, приходится рассматривать не только интерполяцию, но в большей степени экстраполяцию метеорологических элементов. Это связано с редким и неравномерным распределением станций и постов наблюдательной сети. В среднем на территории бассейна р. Лены одна метеорологическая станция приходится на 11-13 тысяч км2, при том что более 50 % территории водосбора занимают горные массивы.

По данным различных источников, увеличение количества осадков на горных хребтах в бассейне р. Лены может достигать 30-40 % по сравнению с наблюденными значениями в межгорных понижениях.

Для решения проблемы интерполяции осадков в горных условиях предлагается использовать нормирование суточных сумм осадков по их годовой среднемноголетней величине. Связанная с этим задача домодельного назначения годовых норм осадков по всем РТ решается на основе выявленных локальных зависимостей осадков от высоты места.

Для анализа распределения среднего годового количества осадков в бассейне р. Лены использованы суточные данные за период 1966-1984 гг. по 210 метеорологическим станциям Якутии, Забайкалья, Иркутской области и Красноярского края.

Проведено орографическое районирование бассейна р. Лены с учетом местных особенностей рельефа и климатической циркуляции. В бассейне выделены шесть горных районов: западный склон Верхоянского хребта; хребты Сетге-Дабан, Сунтар-Хаята и Улахан-Бом; Алданское нагорье; Забайкальская горная система; бассейн верхней Лены; восточная окраина Среднесибирского плато.

Для этих районов и отдельных моделируемых бассейнов построены соответствующие кривые зависимостей в координатах высота местности -норма осадков. При построении таких зависимостей использовалось подтвержденное эмпирически предположение о том, что в верхней зоне

хребтов, годовые суммы осадков имеют тенденцию выходить приблизительно на один и тот же уровень. Экстраполяция кривых на высотах более 1500 м выполнена на основании данных наблюдений метеорологической станции Сунтар-Хаята (2067 м), действующей в период 1957-1964 гг. В качестве примера на рис. 3 представлено интерполяционное поле для назначения норм осадков в РТ бассейна р. У чур. 2100

1900

1700

1500

1300

- 1100 та ь о

т 900 700 500 300

250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850

Осадки, мм

Рисунок 3. Кривые распределения годовых норм осадков по высоте для бассейна р. Учур: 1. Главная долина р. Учур (Чагда - Чюльбю - Токо) и восточная часть его бассейна; 2. Долина Гыныма, южный склон восточной части Алдано-Учурского хребта, бассейн р. Алгама; 3. Долина Гонама.

Далее производилась следующая процедура:

1. По абсолютной высоте РТ с соответствующей кривой снимается норма осадков НРТ.

2. Отношение этой суммы к осадкам станции Нст, используемой при интерполяции для данной РТ, дает коэффициент КРТ=НРТ/НСТ для интерполяции и экстраполяции измеренных осадков.

3. Суточная сумма осадков в РТ вычисляется умножением коэффициента КРТ на суточное значение осадков соответствующей станции Hpr = Кгт х #ст.

1 / и / Сунтар Хаята Л

/ / /

[/ / / 3

н 1Жняя Баз И / / /

«, u Восточн ifl / 7 / Канку Á /Малый 1имныр

/ /С покой ый^/7 ДЭмел джэк

Fí Токо Могот^ ГТ Зол< / тинка 0 'Нагорный большой \ нмныр

Батог X Epo Jt Нпав ПО&ИЧ -^Тыцца и

Юга рек Курун-Уря OK g ^ < l™-/ Нююка CKpáopéí ел£кён p ¿Mr rtho Wo Marera ша Ло 'орон шак Ц иЧ Ть(ган-У| 0Уна>. уон-Тиит кан а

Ку Буяга 1 iy-Кюэль Дчаб/ •■¿-родо ^-Vcrb-f Угимо ¿J 0 TOMI íí Джик иль ют ЙУС <мда гь-Тимпто i

Предложенные схемы интерполяции осадков в различных горных районах бассейна р. Лены проверены при моделировании гидрографов стока на разных водосборах и показали удовлетворительные результаты.

Третья глава посвящена решению задачи учета влияния крупного водохранилища на процессы формирования стока. На примере Вилюйского водохранилища разработана методика моделирования речных бассейнов с искусственным регулированием стока.

Основной особенностью территории бассейна р. Вилюй в плане гидрологических прогнозов и расчетов является исключительно недостаточное информационное обеспечение. Условия решения задачи расчетов стока в бассейне Вилюйской ГЭС можно отнести к категории, принятой в СНиП 2.01.14-83 и современном СП 33-101-2003 как «отсутствие данных наблюдений». В этих условиях применение стандартных методов расчета стока, таких как методы водного баланса, регрессионных моделей, аналогии оказывается неприемлемым.

Речной бассейн с крупными водохранилищами является комплексной системой. Составляющие его отдельные элементы в свою очередь могут и должны рассматриваться как самостоятельные объекты моделирования.

Предложено решать задачу моделирования стока для составного бассейна в виде следующих этапов:

1. Моделирование процессов формирования стока в отдельных водосборах, рассматриваемых как подсистемы большого бассейна. При расчете гидрографов притока в водохранилище замыкающим створом принимается вся береговая линия водохранилища.

2. Учет вклада крупных водных объектов (озера, водохранилища) в трансформацию и перераспределение стока внутри бассейна, в частности моделирование динамики уровня водохранилища и истечения из него.

В соответствии с перечисленными задачами в рамках диссертационной работы разработано программно-алгоритмическое обеспечение, структурированное в два блока: 1) детерминированная модель формирования стока «Гидрограф», 2) модуль «Водохранилище», предназначенный для моделирования аккумуляции стока, поступающего в водохранилище, а также для учета потерь воды на испарение.

Алгоритмическая структура моделирующего блока «Водохранилище» опирается на уравнение водного баланса для искомого динамически меняющегося объема воды в водохранилище Ж [м3]:

^ = - <2 (Ю - в£ (Г) + б„ ((Г) •

Здесь д* - приток в водохранилище [м3/с]; д- - сброс воды из водохранилища [м3/с]; <2е - испарение с водной поверхности озера [м3/с]; дн _ осадки над

поверхностью водохранилища [м3/с] за промежуток времени Д/.

Испарение из озера рассчитывается по формуле = гДе

площадь водного зеркала водохранилища (зависит от объема - уровня воды в водохранилище) [м2]; е - интенсивность испарения [м/с]. Допускается, что испарение зависит только от эффективного дефицита влажности воздуха Д [мб] е = АГхД- Коэффициент испарения с поверхности водохранилища К,

[м/(мб*с)] подбирается с учетом фактических величин испарения с водной поверхности в данной географической зоне (для бассейна р. Вилюй он принят равным 3,1*10"9).

Выпавшие на зеркало водохранилища осадки вычисляются по формуле <2Н = Ш(1¥), где Н - слой осадков [м].

Для описания зависимостей объема воды и площади зеркала водохранилища методом последовательного приближения Ньютона-Рафсона рассчитаны следующие аппроксимации:

Г = 0.01193 ехр([0.65027 (Я -175)]°546), 5 = 5.829ехр([0.2325(Я-175)]0640). Здесь Ж - объем [км3], 5 - площадь зеркала [км3], Н - уровень [м]. Отметка 175 м БС является уровнем нуля графика при публикации ежедневных измеренных уровней воды на постах Вилюйского водохранилища.

Для расчета суточных объемов сброса воды из водохранилища = 86400д использовались опубликованные в Гидрологических ежегодниках ежедневные расходы воды д в створе плотины Вилюйской ГЭС — в пункте Чернышевский.

Моделирование притока воды в Вилюйское водохранилище выполнено для бассейна Вилюйской ГЭС (площадь бассейна 136000 км2) с суточным расчетным интервалом для периода 1979-1984 гг. В целях дискретной схематизации на площадь бассейна наложена гексагональная сетка из 29 репрезентативных точек. При моделировании гидрографов притока использована метеорологическая информация 18 метеорологических станций Якутии, Красноярского края и Иркутской области. В результате расчетов получены гидрографы притока воды в водохранилище и уровня (рис. 4), а также значения элементов водного баланса в бассейне р. Вилюй.

В табл. 3 представлены статистические характеристики сопоставления рассчитанных и измеренных суточных значений уровня Вилюйского водохранилища.

Анализ результатов свидетельствует об эффективности предлагаемого метода расчетов в бассейнах с крупными водохранилищами.

Рассчитанный гидрограф притока Рассчитанный уровень Наблюденный уровень

Рисунок 4. Ход уровня и рассчитанные гидрографы притока воды в Вилюйском водохранилище, 1981-1984 гг.

Таблица 3. Статистические характеристики сопоставления рассчитанных и измеренных суточных значений уровня Вилюйского водохранилища._

Го2 Средний измеренный уровень [И] Средний рассчитанный уровень[м] Абсолютное отклонение [м] Эффективность моделирования (Nash & Sutcliffe, 1970) Коэффициент корреляции [б/р]

1979 242.06 241.68 0.38 0.96 0.99

1980 241.70 241.41 0.29 0.97 0.99

1981 241.46 241.08 0.38 0.88 0.96

1982 241.23 240.41 0.81 0.91 0.99

1983 241.64 241.79 -0.15 0.97 0.99

1984 240.94 241.74 -0.80 0.85 0.99

Весь период 241.50 241.35 0.15 0.93 0.98

Четвертая глава посвящена анализу результатов расчетов стока в бассейне р. Лены и его частных водосборов и оценке предложенной в диссертации информационной базы моделирующего алгоритма.

С этой целью моделирование процессов формирования стока было проведено с суточным интервалом как для бассейна р. Лены в целом, так и для ряда объектов внутри него. Результатами расчетов стали суточные гидрографы стока в створах: р. Лена - створ Кюсюр (Р = 2430000 км2), р. Алдан - створ Верхоянский Перевоз (Б = 696000 км2), р. Витим - створ Бодайбо (Б = 186000 км2), р. Учур - створ Чюльбю (Р =108000 км2), р. Тимптон - створ Нагорный (Б = 613 км2), р. Катырык - створ Токо (Р = 40.2 км2), характеристики стока и водного баланса по бассейнам, а также статистические оценки эффективности

расчетов. Период расчета составил для разных объектов от 7 до 19 лет (19661984 гг.) в зависимости от наличия метеорологической информации. Критерии оценки результатов моделирования стока Для гидрологической науки весьма актуальна задача оценки степени адекватности гидрологических моделей природным процессам, в том числе точности значений оцененных параметров и достоверности полученных результатов моделирования. С ней связана проблема «эквифинальности» (щт/таМу), то есть «неединственности», сформулированная К. Веуеп (2001), когда некое множество моделей дает приблизительно одинаковые результаты для одного и того же объекта, и оценка их правдоподобности становится затруднительной. Это происходит, когда параметры моделей калибруются на основе данных наблюдений. Возможным решением данной проблемы, реализованным в диссертационной работе, может стать многократное применение одной и той же модели для различных по своим ландшафтным и климатическим характеристикам бассейнов с последующей оценкой результатов.

Для оценки результатов моделирования (кроме визуального сравнения рассчитанных и наблюденных гидрографов - рис. 5-7) использована следующая совокупность критериев:

1- Ннаб, ~ среднее за период расчета значение наблюденного слоя стока;

2. Нрассч - среднее значение рассчитанного слоя стока;

3. Д - среднее систематическое отклонение рассчитанных величин от измеренных, рассчитываемое по формуле Д = Н^ .

4. До5с- среднее абсолютное систематическое отклонение рассчитанных

^ | ^ рассч ^набл |

величин от измеренных, рассчитанное по формуле Аа6с = —-, где

Н'рас„1А. Н'на6л - рассчитанные и наблюденные суточные (или годовые) значения слоев стока, п - количество дней в году (или количество лет).

5. ЯМБЕ - среднеквадратичное отклонение, оценивалось по формуле

RMSE = \

\flrr, _ffl V

^ \ рассч набл /

6. Ef - критерий эффективности Нэша-Сатклиффа, определяемый как Vf#' -#' I2

¿^ V рассч набл '

Ef = 1--^-—— (Nash & Sutcliffe, 1970).

^(^набл ^ набл ) 1=1

1. г - коэффициент парной корреляции наблюденных и рассчитанных значений.

8. КК - относительный критерий качества для каждого календарного года

ч Ih1 — //'

Z\ раееч нивл I

н'

рассчитывается по формуле КК(%)= —-—-* 100. В табл. 4

представлены: среднее за все годы (Mean), минимальное (Min) и максимальное (Мах) значение КК.

Анализ результатов моделирования стока

Условия формирования стока исследуемых объектов различаются в зависимости от их физико-географического положения и природных условий внутри бассейна, но существуют и общие сходства. Все объекты можно считать горными водосборами, они расположены в зоне континентального климата и повсеместного распространения многолетней мерзлоты.

Осадки за расчетный период составили 465 мм для всего бассейна р. Лены, 538 мм - р. Алдан, 550 мм - р. Витим, 600 мм - р. Учур, 700 мм - р. Тимптон и 675 мм - для р. Катырык с учетом введенных корректирующих коэффициентов к твердым и жидким осадкам. Испарение с поверхности бассейна колеблется в пределах 150-180 мм в северной части бассейна, превышая значение 250 мм в юго-восточных горных районах, что составляет 30-50 % от количества выпадающих осадков.

Бассейн р. Лены - самый крупный по площади объект моделирования. Водный режим р. Лены относя к восточно-сибирскому типу с ярко выраженным периодом весеннего половодья, характеризующимся максимальным объемом стока, дождевыми паводками в летне-осенний период и исключительно низким стоком в зимний период (рис. 5, А).

Эффективность расчета по критерию Нэша-Сатклиффа составляет 0.84 для суточных и 0.96 для годовых величин за весь расчетный период. При этом относительный критерий качества для суточных значений в среднем составляет 34 % с амплитудой 23 - 48 %, для годовых величин - 7 % с амплитудой 6 - 8 %.

Результаты расчетов демонстрируют устойчиво высокую точность моделирования годовой динамики стока; именно, при Д„&, равной 15 мм, RMSEсоставляет всего 20 мм. По нашему мнению, наиболее высокая точность модельных расчетов именно для бассейна р. Лены связано с существенно большими его размерами по сравнению с другими водосборами, так что имеет место взаимная компенсация влияний статистических выбросов различных факторов.

Рассчитанные и наблюденные гидрографы имеют как фазовые несовпадения, так и некоторое несоответствие по объему стока. Расхождения в величине годового слоя стока достигают 2-20 мм (что составляет 1-4 % от годовой суммы осадков), и, как видно из табл. 4, на протяжении всего

1979 1980

Рисунок 5. Рассчитанные- и наблюденные—

гидрографы стока (3 [м3/с], 1977-1980 гг. А - р. Лена, Кюсюр (2430000 км2), В - р. Алдан, Верхоянский перевоз (696000 км2).

расчетного периода, за исключением 1977 г., наблюдается завышение стока, хотя и незначительное.

Наибольшие ошибки расчета связаны для бассейна р. Лены с периодом половодья, которое практически полностью формируется за счет процессов снеготаяния. Рассчитанные гидрографы имеют более «размазанную» форму пиков по сравнению с наблюденными, и хотя во все расчетные годы начало подъема кривой половодья опережает наблюденные периоды, их максимальные значения сдвинуты на более поздний срок по сравнению с измеренными.

Аналогичное качественное расхождение рассчитанных и наблюденных гидрографов стока в период половодья характерно и для бассейна р. Алдан.

Таким образом, представляется обоснованным вывод о существовании для крупных бассейнов пока не идентифицированного и неучтенного моделью стока фактора, который влияет на формирование формы гидрографа в период половодья и не сказывается в летне-осенний период.

Дальнейшее исследование этого вопроса, выходящее за рамки диссертации, должно опираться, по нашему мнению, на последовательное моделирование отдельных частей бассейна, особенно равнинных (река Вилюй на западе). Пошаговое увеличение площади анализируемых водосборов позволит проследить трансформацию гидрографа половодья по мере впадения новых притоков и оценить их вклад в его формирование.

На остальных бассейнах с меньшими размерами в период половодья расхождения наблюдаются не в форме и сроках подъема и спада ветвей половодья, а в максимальных значения пиков. Основной причиной этих несоответствий является недостаточное обеспечение горных бассейнов гидрометеорологическими данными.

Бассейн р. Алдан, второй по площади после р. Лены, также относится к восточно-сибирскому типу рек. Результаты моделирования по данному объекту, как на основе визуального сравнения (рис. 5, В), так и по статистическим оценкам оказались точнее, чем по бассейну р. Лены. Так, относительный критерий качества для суточных значений в среднем составил 26 %, для годовых — 7 %. Эффективность расчета для суточных значений составляет 0.91, для годовых - 0.94, что является максимальным значением из всех исследуемых объектов. Годовой сток в среднем занижен на 4 мм, а в абсолютных значениях - на 12 мм.

На точности расчетов для р. Алдан положительно отразилось последовательное уточнение параметров и моделирование стока на малых и средних водосборах, расположенных в бассейне - рр. Катырык, Тимптон и Учур.

IV V VI V« VIII IX X XI XII

III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Рисунок 6. Рассчитанные ■

и наблюденные -

гидрографы стока <2 [м /с], 1981-1982 гг. А - р. Витим, Бодайбо (186000 км2), В - р. Учур, Чюльбю (108000 км2).

IV V VI VII VIII IX X XI XII V I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Рисунок 7. Рассчитанные ■

и наблюденные -

гидрографы стока (} [м /с], 1983-1984 гг. А - р. Тимптон, Нагорный (613 км2), В - р. Катырык, Токо (40.2 км2).

Горы занимают почти всю территорию бассейна р. Витим, а его средняя высота составляет 1150 м, а максимальные высоты достигают почти 3000 м (Кодарский хребет). Гидрологический режим р. Витим (а также рр. Учур, Тимптон и Катырык) относится к дальневосточному типу, для него характерны высокие гребенчатые паводки дождевого происхождения, которые сливаются с весенним половодьем, а зачастую и превышают его по максимальным значениям расходов. Летняя межень не выражена, а для зимнего периода характерен очень низкий сток.

Бассейн р. Витим был выбран в качестве контрольного объекта моделирования в связи с относительно высокой обеспеченностью метеорологическими станциями - всего использовались данные 43 станций, 28 из которых находятся в пределах территории водосбора. При этом большое число станций (по сравнению с другими бассейнами) находится на высотах 1000 и более метров, что позволило провести подробный анализ распределения количества осадков по высоте и назначить годовые нормы осадков для РТ в бассейне.

По данному объекту при моделировании процессов формирования стока получены весьма точные и устойчивые результаты (рис. 6, А). Так суточная эффективность расчета составила 0.84, годовая - 0.93; относительный критерий качества - 31 и 9 % соответственно. Не смотря на некоторые несовпадения фактических и рассчитанных гидрографов стока, среднее за моделируемый период расхождение в значениях наблюденного и рассчитанного слоев стока составило 2 мм, а в абсолютных отклонениях - 16 мм. Для годового моделирования стока характерны более высокое значение показателя RM.SE(69 мм), чем для рр. Лены и Алдана (20 мм и 29 мм соответственно).

Анализ результатов показывает, что в основном расхождения приходятся не на сроки достижения экстремальных значений стока (половодья и паводков), а на их абсолютные величины. Погрешность расчета, особенно при моделировании горных водосборов, связана, как нам представляется с недостатком сведений об изменениях количества осадков с высотой.

Р. Учур является правым притоком р. Алдан. Точность полученных для бассейна р. Учур результатов расчета стока достаточно высокая: Е/ составляет 0.81 и 0.95 для суточных и годовых величин; относительный критерий качества для суточных значений достигает в среднем 36%, для годовых - 8%. Наибольшие расхождения наблюденного и рассчитанного стока относятся к периоду спада паводков (сентябрь - октябрь), а также несколько завышается сток в зимнюю межень. Абсолютная невязка расчетов за весь рассматриваемый период не превысила 30 мм слоя стока. Завышение расходов отмечается, в основном, для периода половодья (рис. 6, В), что связано с невозможностью полного учета распределения снежного покрова в горных условиях при существующей системе гидрометеорологических наблюдений.

Таблица 4. Статистические характеристики сопоставления рассчитанных и измеренных суточных (числитель) и годовых (знаменатель) значений слоев стока с различных водосборов бассейна р. Лены

Река - створ Период расчета, гг. Н»абл 11 рпссч д НМЪЕ ЕТ г КК, %

Меап Мт Мах

1 2 3 4 5 6 1 8 9 10

Лена - Кюсюр 1977 -1984 0.67 0.71 0.04 0.16 0.32 0.84 0.94 34 23 48

246 260 14 15 20 0.96 1.00 7 6 8

Алдан Верхоянский перевоз 1970-1984 0.71 0.66 -0.05 0.26 0.33 0.90 0.95 26 16 43

256 260 4 12 29 0.93 0.97 5 1 15

Витим -Бодайбо 1968 - 1984 0.77 0.77 0.00 0.20 0.35 0.84 0.93 31 23 41

282 280 -2 16 69 1.00 0.98 9 6 15

Учур - Чюльбю 1977 -1984 1.04 1.05 0.01 0.32 0.64 0.81 0.93 36 27 53

379 381 2 30 49 0.95 0.98 8 2 14

Тимптон -Нагорный 1966-1984 1.38 1.42 0.04 0.74 1.76 0.66 0.85 49 31 80

503 516 13 36 101 0.85 0.94 9 1 26

Катырык -гмст. Токо 1974-1984 1.15 1.05 -0.10 0.54 1.24 0.64 0.85 38 26 50

422 388 -36 38 79 0.88 0.97 10 1 24

Бассейны рек Тимптон и Катырык, с площадью водосбора 613 км2 и 40.2 км2 соответственно полностью горные, а поскольку площади их водосборов сравнительно малы, то их гидрологические системы значимо реагируют на любые интенсивные осадки.

Результаты расчетов для столь малых водосборов оказались удовлетворительными, несмотря на то, что значение средней абсолютной невязки слоя стока для рр. Тимптон и Катырык (36 мм и 38 мм соответственно) существенно больше, чем для более крупных бассейнов. Для рассчитанных гидрографов стока характерно, в основном, расхождение в максимальных значениях стока в период паводков и половодья, а также на спаде кривых паводков (рис. 7).

Эффективность расчетов Е/ для этих водосборов малой площади составила 0.66 и 0.64 для суточных и 0.85 и 0.88 для годовых значений. При этом средний суточный критерий качества^ вырос до 49 % и 38 %, при максимальных его значениях 80 % для р. Тимптон в 1981 г. и 50 % для р. Катырык в 1979 г. Максимальные значения КК наблюдаются во время спада паводковых пиков, которые имеют на наблюденных гидрографах очень крутую форму кривых и подъема и спада; в то же время для рассчитанных гидрографов характерно более плавное снижение стока. Это приводит к росту величин КК (до 200 %) при малых значения расходов (менее 5-10 м3/с для р. Тимптон и менее 0.5 м3/с для р. Катырык).

Некоторое несовпадение рассчитанных данных с наблюдёнными величинами отмечается в зимнюю межень. В реальных условиях сток рр. Тимптона и Катырык зимой прекращается, реки промерзают до дна. Однако сроки прекращения стока в зимний период на рассчитанных гидрографах запаздывают в среднем на месяц по сравнению с наблюденными расходами. Это обусловлено, в первую очередь, не погрешностью метода расчета, а низкой точностью гидрометрических измерений в условиях почти полного промерзания русла.

Важным фактором, обусловливающим погрешность, следует признать недостаточно полную оценку доли участия подземных горизонтов в питании рек. Представляется правильной привязка большей части стока к верхним ярусам подземных вод, которые характеризуются более быстрой водоотдачей.

Малые бассейны требуют выделения и учета большего количества стокоформирующих комплексов и более высокой степени подробности при оценке параметров моделирующего алгоритма. Так, ландшафтные неоднородности, которые можно усреднять в более крупных бассейнах в связи с взаимной компенсацией большого количества разнонаправленных факторов, приобретают здесь решающую роль. В бассейнах рр. Тимптон и Катырык из-за их сложного рельефа и сравнительно небольшой площади на процесс

Таблица 5. Наблюденные и рассчитанные характеристики стока и водного баланса в бассейне р. Лены - Кюсюр, Б = 2430000 км2

1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 Среднее

Рассчитанный сток, мм 230 284 242 251 266 274 286 252 260

Наблюденный сток, мм 232 268 224 233 251 260 266 233 246

Осадки, мм 507 468 445 444 485 491 474 427 468

Общее испарение, мм 192 192 194 196 198 194 190 187 193

Невязка наблюденного и рассчитанного стока мм -2 16 18 17 16 14 20 18 15

% от суммы осадков 1 3 4 4 3 3 4 4 13

Таблица 6. Наблюденные и рассчитанные характеристики стока и водного баланса в бассейне р. Катырык - Токо, Р = 40.2 км2

1974 1975 1976 1977 .1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 Среднее

Рассчитанный сток, мм 433 411 386 585 546 304 406 503 334 337 399 422

Наблюденный сток, мм 403 376 389 525 439 318 410 448 309 304 346 388

Осадки, мм 637 720 702 833 726 578 617 733 681 533 669 675

Общее испарение, мм 262 287 250 253 247 268 242 253 250 249 267 257

Невязка наблюденного и рассчитанного стока мм 30 35 -3 60 107 -15 -4 55 25 33 54 34

% от суммы осадков 5 5 0 7 15 3 1 8 4 6 8 6

формирования стока существенно влияют экспозиция, высота и уклон склонов, а также соответствующее им распределение почвенно-растительного покрова.

Учет этих различий и их особенностей выходит за рамки настоящей работы и осложнен отсутствием как крупномасштабного картографического материала, так и подробной информации о свойствах почв и растительности. Вклад в решение этой проблемы должны внести современные геоинформационные системы.

В табл. 5-6 представлены рассчитанные и фактические характеристики стока и элементов водного баланса для самого большого (Лена - Кюсюр, 2.43 млн. км2) и самого маленького (Катырык - Токо, 40.2 км2) по площади бассейнов за весь расчетный период.

Сравнение результатов моделирования стока с фактически наблюденными гидрографами и значениями элементов водного баланса показывает их приемлемую точность и возможность использования используемой методологии для прогнозных расчетов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертационной работе на основе средств математического моделирования, предложенных методов анализа и экстраполяции данных экспериментальных и долгосрочных гидрометеорологических и специальных наблюдений, разработанного комплекса программного обеспечения алгоритмов гидрологической модели получены следующие научные результаты:

1. Проведено сравнение используемых методологических принципов моделирования стока с теоретическими основами и принципами построения моделирующей системы «Гидрограф». В связи с установленной возможностью априорного назначения параметров модели «Гидрограф» по предложенным методикам обоснован вывод о перспективности ее использования при решении задач моделирования и расчета процессов формирования стока в слабоизученных речных бассейнах.

2. Проведена систематизация и оценка параметров гидрологической модели по 11 выделенным стокоформирующим комплексам.

3. Предложена и подтверждена возможность использования методики расчета скоростей и времени добегания.

4. Решена задача пространственной интерполяции суточных сумм осадков в горных условиях.

5. Разработана методика моделирования стока в бассейнах с искусственным регулированием (на примере Вилюйского водохранилища).

6. Проведено моделирования стока для водосборов в пределах бассейна р. Лены.

7. Подтверждена эффективность использования универсальной гидрологической моделирующей системы «Гидрограф» для бассейнов разных размеров в решении задач оценки стока в условиях значительной неопределенности исходной информационной базы.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

¡.Моделирование стока в речных бассейнах с озерами и водохранилищами (на примере объектов в бассейне р. Невы). Доклады 6-й Всероссийского гидрологического съезда. Секция 5. Часть 2. Метеоагентство Росгидромета. -М„ 2006, с. 33-36

2. Моделирование процессов формирования стока для различных ландшафтов

таежной зоны на примере малых бассейнов р. Лены и р. Невы. Доклады 6-й Всероссийского гидрологического съезда. Секция 5. Часть 2. Метеоагентство Росгидромета. - М., 2006, с. 37—42 (в соавторстве с Орловой Ю.К. и Бобровой Т.В.)

3.Моделирование процессов формирования стока в задаче обеспечения безопасного функционирования напорных сооружений (на примере Вилюйского водохранилища). Материалы международной научно-практической конференции «Безопасность речных судоходных гидротехнических сооружений», 22-23 ноября 2007, Санкт-Петербург. Книга II, с. 110-115

4. Призрачность проблемы масштаба на примере распределенного

моделирования формирования стока на малых, средних и больших реках бассейна р. Лены. Тезисы докладов научной конференции «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность», 5-7 декабря 2007, Москва, с. 90-93

5.Моделирование процессов формирования стока в бассейне р. Лены. Тезисы докладов научной сессии кафедры гидрологии суши СПбГУ «Географические и экологические аспекты гидрологии», 26-27 марта 2008, Санкт-Петербург, с. 23

6. Оценка стока рек арктического бассейна на основе распределенного

детерминированного моделирования. Тезисы докладов конференции ученых Росгидромета, посвященная 70-летию дрейфа СП-1, 10-11 апреля 2008, Москва.

7.Modelling of runoff formation processes for arctic rivers. Abstracts of SCAR/IASC IPY Open Science Conference, July 8-July 11, 2008, at St. Petersburg, Russia, p. 201.

8. Моделирование процессов формирования стока в бассейне р. Лены. Тезисы

докладов на международном научном форуме «Современные проблемы и будущее геокриологии», 5-8 августа 2008, Якутск, с. 23

9. Use of complex deterministic model of runoff formation processes at basins of any

scale. Extended abstracts of international conference «Predictions for hydrology, ecology and water resources management», 15-19 Sept., 2008, Prague, Czech Republic, pp. 15-18 (в соавторстве с Т.А. Виноградовой).

10.Deterministic-stochastic modelling of hydrological extremes in small basins. Extended abstracts of international conference «Hydrological extremes in small basins», 18-21 Sept. 2008, Krakow, Poland, pp. 323-326

11.Modelling of runoff formation processes for Lena river basin. Extended abstracts of international symposium on the Arctic Research «Drastic change under the global warming», 4-6 Nov. 2008, Tokyo, Japan, pp. 104-107.

12.Implementation of "Hydrograph" model for runoff formation processes simulations in poorly gauged mountain basins of different scale. Proceedings of international symposium IAHS-PUB «Hydrological Modeling and Integrated Water Resources Management in Ungauged Mountainous Watershed», 7-9 Nov. 2008, Chengdu, China, in review.

в том числе в рецензируемых изданиях:

13.Информационные и математические аспекты задачи моделирования процессов формирования стока речных бассейнов. Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета, № 3, 2007, с. 125-129.

14.Исследование процессов формирования стока на малоизученных водосборах (на примере бассейна р. Лены). Вестник Санкт-Петербургского Государственного Университета, Серия 7, № 3, 2008, с.89-97.

Подписано в печать 21.11.2008г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,7. Тираж 100 экз. Заказ №981.

Отпечатано в ООО «Издательство "J1EMA"»

199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д.24, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@mail.ru http://www.lemaprint.ru

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Семенова, Ольга Михайловна

Введение.

Глава 1. Современные концепции в задаче детерминированного моделирования и расчетов процессов формирования стока.

1.1 Общепринятые методы описания процессов формирования стока.

1.2 Гидрологическая модель процессов формирования стока «Гидрограф».

1.2.1 Принцип универсальности.

1.2.2 Задача пространственной схематизации речного бассейна.

1.2.3 Описание динамики влаги в ненасыщенной зоне.

1.2.4 Фазовые переходы.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Информационное обеспечение модели формирования стока.

2.1 Особенности процессов формирования стока в бассейне р. Лены.

2.2 Объекты моделирования.

2.3 Схематизация бассейна.

2.4 Выделение стокоформирующих комплексов в бассейне р. Лены.

2.5 Система параметров модели формирования стока «Гидрограф».

2.6 Методика определения скорости и времени добегания.

2.7 Методика интерполяции осадков в бассейнах со сложным рельефом.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Методика учета влияния крупного водохранилища на процессы формирования стока (на примере Вилюйского водохранилища).

3.1 Описание бассейна Вилюйской ГЭС.

3.2 Стандартные расчеты и методы прогноза стока при эксплуатации водохранилищ.72 3.2.2 Оценка адекватности стандартных традиционных методик в условиях малоизученных бассейнов.

3.3 Методика прогноза стока на основе моделирования процессов формирования стока

3.4 Алгоритмическая структура моделирующего блока «Водохранилище».

3.5 Моделирование притока воды в Вилюйское водохранилище.

3.6 Результаты моделирования процессов формирования стока в бассейне Вилюйской

Выводы по главе 3.

Глава 4. Результаты моделирования процессов формирования стока в бассейне р. Лены.

4.1 Анализ критериев оценки результатов моделирования стока.

4.2 Результаты моделирования стока.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Анализ и моделирование процессов формирования стока в малоизученных бассейнах"

Актуальность темы Физически обоснованное распределенное моделирование является своего рода квинтэссенцией современной гидрологической науки [Виноградов]. Очевидно, что оно лежит в основе дальнейшего развития методов описания гидрологических явлений, расчетов и прогнозов стока.

Международной ассоциацией гидрологических наук в качестве одного из приоритетных направлений развития гидрологии в текущем десятилетии (2003-2013 гг.) назван проект PUB {Predictions in Ungauged Basins) - гидрологические расчеты в неизученных бассейнах.

Проблемы моделирования и прогноза стока речных бассейнов (прежде всего для региона Восточной Сибири) имеют также важное прикладное значение для решения ряда задач, связанных с обеспечением безопасности и правильного функционирования гидротехнических сооружений, установлением сроков навигации, а также с устойчивым энергообеспечением населения и объектов экономики.

Для качественного описания и численного моделирования гидрологических систем к настоящему времени разработан широкий спектр подходов и соответствующих математических моделей. Следует признать, тем не менее, что указанные подходы не имеют универсального характера и ориентированы на моделирование конкретных речных бассейнов или отдельных процессов, формирующих сток [45, 93, 85]. Главным недостатком здесь нам представляется преобладание технологий калибровки, что принципиальным образом ограничивает возможности их априорного использования на слабо изученных бассейнах.

В соответствии с целью работы в диссертации решены следующие задачи:

- Систематизация и оценка параметров математической модели процессов формирования стока.

- Разработка и реализация методики расчета скорости и времени добега-ния.

- Решение задачи пространственной интерполяции суточных сумм осадков в горных условиях.

- Моделирование стока для водосборов в пределах бассейна р. Лены.

Объектом исследования являются водосборы в пределах бассейна р. Лены, существенно отличающиеся своими размерами (площадь от 40 до более, чем 106 км2) и находящиеся в различных ландшафтных зонах. Бассейн охватывает как горные, так и равнинные территории; он характеризуется большим разнообразием ландшафтов - тундра, лесотундра, равнинная тайга, горная тайга с повсеместным распространением многолетней мерзлоты.

Предмет исследования составляют закономерности процессов формирования стока в бассейне р. Лены, разнообразие условий которых позволяют оценить универсальность предлагаемой модели формирования стока и сопутствующего математического обеспечения.

Методологической основой диссертационной работы является детерминированная распределенная модель формирования стока «Гидрограф» созданная д.т.н., проф. Ю.Б Виноградовым в Государственном Гидрологическом институте), которая описывает процессы формирования стока в бассейнах с различными физико-географическими характеристиками [9, 10].

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения объемом 216 страниц, включая 18 рисунков, 13 таблиц, списка литературы из 106 наименований и 8 приложений.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Семенова, Ольга Михайловна

Выводы по главе 4

Сравнение результатов моделирования стока, проведенного на основе описанной в диссертации информационной базы, с фактически наблюденными гидрографами показывает их приемлемую точность и возможность использования этой методологии для прогнозных расчетов.

Выявленное расхождение рассчитанных величин стока от наблюденных обусловлено следующими факторами:

1. Недостаточное обеспечение бассейна метеорологическими данными, а также большие погрешности в измерении исходной информации.

2. Неполное совпадение рассчитанных и наблюденных гидрографов в значительной степени обусловлено скудостью информации о почвенных параметрах - отрывочность сведений о температуре почвы, глубине ее промерзания и оттаивания, водно-физических свойствах. Здесь неприемлемы интерполяционные методы, которые «срабатывают» при оценке осадков.

3. Для включенных в информационную базу модели «Гидрограф» параметрах подземного питания необходима соответствующая информация о количестве ярусов и глубине их залегания, времени и скорости разгрузки каждого горизонта, особенно в условиях распространения многолетней мерзлоты и тектонически активных горных массивов. Отсутствие надежных данных относительно этих параметров также обусловливает часть погрешности модельных расчетов.

Для результатов моделирования большое значение имеет принимаемая методика интерполяции и экстраполяции метеорологических данных в РТ. Реализованные в настоящей работе методы нормирования по среднемного-летнему значению, которые основаны на выявленных для бассейна р. Лены локальных плювиометрических зависимостях, показали их высокую эффективность.

Дальнейшее повышение точности расчета стока должно опираться на расширение гидрометрической сети — прежде всего в горных районах, использование радарных данных, а также повышение точности измерения метеоданных, в первую очередь, осадков.

Заключение

В диссертационной работе на основе средств математического моделирования, предложенных методов анализа и экстраполяции данных экспериментальных и долгосрочных гидрометеорологических и специальных наблюдений, разработанного комплекса программного обеспечения алгоритмов гидрологической моделирующей системы получены следующие научные результаты:

3. Предложена и подтверждена возможность использования методики расчета скоростей и времени добегания.

4. Решена задача пространственной интерполяции суточных сумм осадков в горных условиях.

6. Проведено моделирования стока для водосборов в пределах бассейна р. Лены.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Семенова, Ольга Михайловна, Санкт-Петербург

1. АвакянА.Б. Исследование водохранилищ и их воздействие на окружающую среду // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 5. С. 554-567.

2. Агрогидрологические свойства почв Забайкалья (справочник). Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 270 с.

3. Агрогидрологические свойства почв Иркутской области (справочник). -Иркутск, 1968. 549 с.

4. Агроклиматический справочник по Бурятской АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 190 с.

5. Агроклиматический справочник по Читинской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1959. - 132 с.

6. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. Л.: 1956. - 256 с.

7. Буторина Т.Н. Фенология Средней Сибири. Новосибирск, 1979. - 150 с.

8. Васильев И.С., Торговкин Я.И. Пространственное распределение осадков в Якутии. // Метеорология и гидрология. 2002. № 6. с. 23-32.

9. Виноградов Ю.Б., Виноградова Т.А. Распределенное моделирование в гидрологии. М.: Академия, 2008. 350 с. (в печати)

10. Ю.Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Критический анализ. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. — 312 с.

11. Н.Виноградов Ю.Б .Вопросы гидрологии дождевых паводков на малых водосборах Средней Азии и Южного Казахстана. Труды КазНИГМИ, 1967, вып. 28.

12. Водогрецкий В.Е., Крестовский О.М., Соколов Б.Л. Экспедиционные гидрологические исследования. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 231 с.

13. Гаевский В.Л. Альбедо больших территорий. // Труды ГГО. Выпуск 109, 1961.-61-75 с.

14. Гарцман И.Н., Рябчикова Т.Н. О распределении средних многолетних годовых сумм осадков и стока по территории верхней Колымы и северного побережья Охотского моря. // Труды ДВНГМИ, 1972 г. вып. 5. -9-21 с.

15. Государственный Водный Кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Том 1, Выпуск 16, Часть 1, 2. -РСФСР, Якутское УГМС. 1966-1984 гг.

16. Граве Н.А. и др. Промерзание земной поверхности и оледенение хребта Сунтар-Хаята (восточная Якутия). // Результаты исследования по программе Международного Геофизического года. IX раздел Программы МГГ. Гляциология. № 14. - М.: Наука, 1964. - 143 с.

17. Грунтоведение, под ред. С.М. Сергеева, М., МГУ, 1973, 387 с.

18. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я. Моделирование стока на малых водосборах в зоне многолетней мерзлоты на основе модели SWAP. // Водные Ресурсы, 2006, том 33, № 2, 133-145 с.

19. Денисов Ю.М., Сергеев А.И. Метод расчёта максимальных расходов талых вод горных рек. // Труды Среднеазиатского НИГМИ. Ташкент, 2001, вып. 163 (244), с. 123-143

20. Денисов Ю.М. Стохастико-детерминированные математические модели стока рек. // Труды Среднеазиатского НИГМИ. Ташкент, 1996, вып. 149 (230), с. 5-21

21. ДимоВ.Н. Тепловой режим почв СССР. Научные труды Почвенного института имени В.В. Докучаева. М.: Колос, 1972. - 359 с.

22. Еловская Л.Г., Петрова Е.И., Тетерина Л.В. Почвы Северной Якутии. -Новосибирск: Наука, 1979. 303 с.

23. Иванов К.Е. Гидрология болот. Л.: Гидрометеоиздат, 1953, 296 с.

24. Иванов Н.С., Гаврильев Р.И. О возможности определения температурной зависимости содержания незамерзшей воды по температурам ее фазовых переходов в мерзлых горных породах. // Материалы 8 Всесоюзного совещания по геокриологии, вып. 4, 1966 г., с. 38-45

25. Исаченко А.Г. Ландшафты СССР Л.: Издательство ЛГУ, 1985. - 320 с.

26. Карта СССР масштаба 1:2500000. ГУГК, Москва, 1964. Листы 7, 8, 11, 12.

27. Климатические ежемесячники. Выпуск 23, Иркутск. 1970-1984 гг.31 .Климатические ежемесячники. Выпуск 24, Якутск. 1970-1984 гг.

28. Климатические ежемесячники. Выпуск 25, Хабаровск. 1970-1984 гг.

29. КлюкинК. О распределении метеорологических элементов на хребте Сунтар-Хаята. // Метеорология и гидрология. 1959. № 1. с. 26-30.

30. КнутД.Э. Искусство программирования. Т1. Основные алгоритмы. Третье издание. М.: Вильяме, 2000. - 713 с.

31. Коваленко В.В., Викторова Н.В., Гайдукова Е.В. Моделирование гидрологических процессов. СПб: Изд-во РГГМУ, 2006. - 560 с.

32. Коноровский А.К. Режим мерзлотных пойменных почв долины Лены. -Новосибирск: Наука, 1974. 168 с.

33. Константинов А.Р. Испарение в природе. Издание второе. J1.: ГМИ, 1968.-532 с.

34. Корень В.И. Математические модели в прогнозах речного стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-220 с.

35. Кузьмин В.А. Почвы Предбайкалья и северного Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1988. - 174 с.

36. Кучмент Л.С., Гельфан А.Н. Ансамблевые долгосрочные прогнозы весеннего половодья с помощью физико-математических моделей формирования стока. // Метеорология и гидрология. 2007, № 2, с. 76-88

37. Кучмент Л.С., Гельфан А.Н. К определению параметров физико-математических моделей формирования речного стока при недостаточности гидрологических наблюдений. // Метеорология и гидрология. 2005, № 12, с. 77-87

38. Кучмент Л.С., Гельфан А.Н. Применение физико-математических моделей формирования речного стока для оценки степени опасности катастрофических наводнений. // Метеорология и гидрология. 1994, № 4, с. 93-100

39. Кучмент Л.С., Гельфан А.Н., Демидов А.И. Модель формирования стока на водосборах зоны многолетней мерзлоты (на примере верхней Колымы). // Водные ресурсы, 2000, том 27, №4, с. 435-444.

40. Кучмент Л.С., Демидов В.Н., Брязгин Д.А. Применение адвективно-диффузионной модели для расчетов неустановившегося движения воды в речных руслах. // Метеорология и гидрология. № 5, 1999, с. 100107

41. Кучмент Л.С., Демидов В.Н., Старцева З.П. Моделирование вертикального тепло- и влагопереноса и углеродного обмена в системе почва-растительность-атмосфера. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана, том 42, № 4, 2006, с. 539-553

42. Кучмент Л.С., П.Э.О'Коннелл Построение моделей гидрометеорологического цикла суши глобального масштаба: анализ современного состояния и перспективы. // Водные Ресурсы, 1993, том 20, № 2, с. 149158.

43. Кучмент JI.C. Математическое моделирование речного стока. JL: Гидрометеоиздат, 1972- 191 с.

44. Кучмент JI.C., Гельфан А.Н. Динамико-стохастические модели формирования речного стока. М.: Наука, 1993. - 104 с.

45. Кучмент JI.C., Мотовилов Ю.Г., ОсухБ. Моделирование гидрологического цикла речных водосборов. М.: НТК РАН, 1993. - 285 с.

46. Ландшафтная карта СССР. М 1 : 2500000. п/общ.ред И.С.Гудилина. -М.: ГУГК, 1987. 14 л.

47. Леса Урала, Сибири и Дальнего Востока. // Леса СССР в пяти томах. Том 4. М.: Наука, 1969. - 768 с.

48. Макгрегор Дж., Сайке Д. Тестирование объектно-ориентированного программного обеспечения. -М.: DiaSoft, 2002.-416 с.

49. Мартынов В.П. Почвы горного Прибайкалья. Улан-Удэ, 1965. - 155 с.

50. Молчанов А.А. Сосновый лес и влага, М., изд. АН СССР, 1953, 140 с.

51. Назаров Г.В. Гидрологическая роль почвы. Л., ГМИ 1981, 216 с.

52. Нежиховский Р.А. Гидрологические расчеты и прогнозы при эксплуатации водохранилищ. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 191 с.

53. Петрова Е.И. Почвы Южной Якутии. Якутск: Якутское книжное издательство, 1971. - 168 с.

54. Пивоварова З.И. Радиационные характеристики климата СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 355 с.

55. Пол А. Объектно-ориентированное программирование на С++. М.: Бином, 1999.-461 с.

56. Попов Е.Г. Основы гидрологических прогнозов. Л.: Гидрометиоздат, 1968.-296 с.

57. Почвенная карта РСФСР. М 1 : 2500000. М.: ГУГК, 1988. - 14 л.

58. Рекомендации по использованию математической модели «Гидрограф» (промежуточный отчет по теме 1.1.5.5). СПб, 2000. - 35 с.

59. Ресурсы поверхностных вод СССР, том 17 Лено-Индигирский район. Под редакцией канд. геогр.наук М.С. Протасьева Л., Гидрометеоиздат, 1972г. 651 стр.

60. Ритмы природы Сибири и Дальнего Востока. Иркутск, 1967. - 213 с.

61. Роде А.А. Почвенная влага. М.: Издательство АН СССР, 1952. - 456 с.

62. Рубинштейн Е.С. Однородность метеорологических рядов во времени и пространстве в связи с изменением климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.-220 с.

63. Рухин Л.Б. Некоторые особенности минералогического состава современного аллювия. // Научн. бюлл., ЛГУ, 1947 г., №19 (с. 37 - 49)

64. Свод правил по проектированию и строительству. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. Госстрой России. М., 2004. - 73 с.

65. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических характеристик. Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1985. - 36 с.

66. Справочник по климату СССР. Вып. 22-25. Ч. 1-5. Л.: Гидрометеоиздат, 1966-1968 гг.

67. Справочное руководство гидрогеолога, изд.2 под ред. В.М.Максимова, Л., «Недра», 1967 г., 592 с.

68. Холингворт Дж. и др. Borland С++ Builder 6. Руководство разработчика. М.: Вильяме, 2003. - 964 с.

69. Швер Ц.А. Атмосферные осадки на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 302 с.

70. Шульц Г.Э. Общая фенология. Л.: Наука, 1981. - 188 с.

71. Элджер Дж. С++. СПб: Питер, 2000. - 320 с.

72. Якутия. Под редакцией Н.А. Шило. М., «Наука», 1970, 352 с.

73. Abbott, М.В., J.C.Bathurst, J.A.Cunge, P.E.O'Conell and J.Rasmussen (1986) An introduction to the European Hydrological System, "SHE". Journal of Hydrology 87(l/2):45-77.

74. Adam, J.C., E.A. Clark, D.P. Lettenmaier, and E.F. Wood, 2006, Correction of global precipitation products for orographic effects, J. Clim., 19(1), 1538.

75. Armstrong, R. 2001. Historical Soviet daily snow depth version 2 (HSDSD). Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center. CD-ROM.

76. Arora, V. K., and S. Harrison (2007), Upscaling river networks for use in climate models, Geophys. Res. Lett., 34, L21407, doi:10.1029/ 2007GL031865

77. Beven K. Towards an alternative blueprint for a physically based digitally simulated hydrologic response modelling system. Hydrological Processes. 16,0-0,2002

78. Beven K. Searching for the Holy Grail of Scientific Hydrology:8 5.В even, K. & Freer, J. A dynamic TOPMODEL. Hydrol. Process. 15, 19932011 (2001)

79. Beven, K. How far can we go in distributed hydrological modelling? Hydrology and Earth System Sciences, 5(1), 1-12 (2001)

80. Bring, A. & Destouni, G., 2008: Spatial patterns of decline in Pan-Arctic drainage basin monitoring: a vulnerability map. In: Proceedings of the XXV Nordic Hydrological Conference, Reykjavik

81. Bronstert A., Plate E. 1997. Modelling of Runoff Generation and Soil Moisture Dynamics for Hillslopes and Microcatchments. Journal of Hydrology 198:177-195

82. Calver A, Wood WL. The Institute of hydrology distributed model. In Computer Models of Watershed Hydrology, Singh VP (ed.). Water Resources Publications: Highlands Park, CO; 595-626, 1995

83. Freeze R.A., Harlan R.L. 1969. Blueprintfor a physically-based, digitally-simulated hydrologic response model. Journal of Hydrology 9: 237-258

84. Liu Z., Todini E. Towards a comprehensive physically-based rainfall-runoff model. Hydrology and Earth System Sciences, 6(5), 859-881 (2002)

85. Ma X et al. A macro-scale hydrological analysis of the Lena River basin. // Hydrological Processes. 1998. V. 14, Issue 3, P. 639 651 Special Issue: Japanese Society of Hydrology and Water Resources.

86. Nash J.E., Sutcliffe J.V. Fiver flow forecasting through conceptual models: 1 A discussion of principles // J. Hydrol. 1970. V. 10. № 3. P. 282-290.

87. Krause P., Boyle D.P., and Base F. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment. Advances in Geosciences, 5, 89-97, 2005

88. Pomeroy, J.W. et al., (2007), The cold regions hydrological model: a platform for basing process representation and model structure on physical evidence in Hydrol. Process. 21, 2650-2667

89. Refsgaard J-C, Storm B. MIKE SHE. In Computer Models of Watershed Hydrology, Singh VP (ed.). Water Resources Publications: Highlands Park, CO; 809-846, 1995

90. Su, F., J. C. Adam, L. C. Bowling, and D. P. Lettenmaier (2005), Streamflow simulations of the terrestrial Arctic domain, J. Geophys. Res., 110, DOS 112, doi: 10.1029/2004JD005518.

91. Tian, X., A. Dai, D. Yang, and Z. Xie (2007), Effects of precipitation-bias corrections on surface hydrology over northern latitudes, J. Geophys. Res., 112, D14101, doi:10.1029/2007JD008420.

92. Toba, Т. & Ohta, Т. An observational study of the factors that influence interception loss in boreal and temperate forests. Journal of Hydrology. Volume 313, Issues 3-4, 10 November 2005, p. 208-220

93. Vinogradov Yu.B. River Runoff Modelling in Hydrological Cycle, edited by I.A. Shiklomanov, in Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), developed under the auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Oxford, UK, http://www.eolss.net.

94. Yang, D. and T. Ohata, 2001: A bias corrected Siberian regional precipitation climatology. Journal of Hydrometeorology, 2(1), p. 122-139.

95. Yang, D., D. Kane, Z. Zhang, D. Legates, and B. Goodison (2005), Bias corrections of long-term (1973 2004) daily precipitation data over the northern regions, Gephys. Res. Lett., 32, LI 9501, doi: 10.1029/2005GL024057

96. Yang, D., D. L. Kane, L. Hinzman, X. Zhang, T. Zhang, and H. Ye, Siberian Lena River hydrologic regime and recent change, J. Geophys. Res., 107(0), XXXX, doi: 10.1029/2002JD002542, 2002.

Информация о работе

Семенова, Ольга Михайловна
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2008
ВАК 25.00.27

Диссертация

Анализ и моделирование процессов формирования стока в малоизученных бассейнах - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы