Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Формирование заторных уровней воды на р. Лене и методы их прогноза

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Формирование заторных уровней воды на р. Лене и методы их прогноза"

■ •* с

■ л Ч

В1ИТЕТ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГ? ОКРУЖАЮОЕЙ СРЕДЫ МИНИСТЕРСТВА ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

На правах рукопиои

КИЛЬМЯНИНОВ Виктор Васильевич

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАТОРНЫХ УРОВНЕЙ ВОДЫ НА р. ЛЕНЕ И МЕТОДЫ ИХ ПРОГНОЗА

Специальность II.00.07 - гидрология оушя, водные ресурсы,

Автореферат диосертации ка соискание ученой степени кандидата географических наук

Уоонва - 1992

Работа выполнена в Гидрометеорологической научно-иссле, вательскоы центре Российской Федерации.

Научный руководитель -доктор географических наук, профессор Б.М. ГИНЗБУРГ.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор P.C.Чалов

кандидат твхиичвских наук Й.Л.Готдиб

Ведущая организация -

ГосударсхйвииыИ гидрологический институт

Запита диооертации состоится " 18 " ноября_1991

в 15 часов на заседании Специализированного совета

в Гидрометеорологической научно-иооледователь-osou центре Российокой Федерации.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, прооии направлять по адресу: МОСКВА, 123242, Б. Предтеченский пер., д. 9-13, Роогидроиетцентр.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Росгидрс цеацентра.

. Автореферат разослан " 16 " октября_ 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Среди природных стихийных явлений, носящих большой материальный ущерб, особое место принадле-заторам льда на реках» Образование заторов льда сопровох-сся наводнениями. Зтим процессам присуща чрезвычайная ди-ачность, неопределенность времени и места наступления, ав->значность последствий. Заторы льда и обусловленные ими на-1ения типичны для рек Сибири, в том числе и для р. Лены, этому способствуют особенности морфометрии русла, климата 5вйна и водного режима»

Размеры ущерба от заторов льда зависят от эффективности :ивопаводковых мер, предпринимаемых с учетом заблаговремей-) предсказания заторов и заторных уровней воды. До йастояще-фемени методы прогноза заторных уровней позволяли предока-!ть последние лишь для отдельных пунктов с заблаговремен-:ью не более 3-6 суток. Долгосрочные прогнозы для р. Лены, впрочем и для большинства других рек, на разрабатывались. Учитывая скоротечность явления и возможность повсэиеотно-бразования заторов льда на р. Леве, прогнозы заторных уров-воды необходимо составлять с большей заблаговременностью и сем протяжении реки.

Поэтому создание для р. Лены метода прогноза, позволяюще-ешить главную задачу - составление предупреждения об опао-характере вскрытия на любом участке реки с заблаговремен-ью, позволяющей принять эффективные меры по уменьшении ба, весьма актуально.

Цель и задачи работы. Основной целыа данного исследова-является разработка методики долгосрочных прогнозов опас--заторных уровней воды на р. Лене.

- ь -

При этом решались следующие задачи:

- анализ условий формирования заторных уровней воды на различных участках р. Лены;

- оценка факторов, определяющих максимальный заторный уровень воды;

- выбор наиболее подходящего метода статистического анализа для исследования связей между максимальными заторными уровнями и определявшими их факторами;

- поиск оптимальных прогностических,уравнений для прогно' за опасных максимальных заторных уровней воды и их оценка.

• Научная новизна работы. Установлена существенная пространственная изменчивость условий формирования заторных уровне] воды на р. Лене, обусловленная особенностями морфометрии русл] и водного режима, характером распределения толщины льда на пр< тяжении реки.

Предложен способ систематизации (выделения и группирования) участков реки по условиям формирования заторных уровней воды с учетом характера влияющих на заторные уровни факторов. Это позволило полнее и точнее учесть местные физико-географические условия водного объекта и впервые разработать методы долгосрочного альтернативного фонового прогноза заторных уровней воды для участков, где формирование заторов льда равновероятно в любом месте.

Получена возможность, с учетом новой характеристики распределения толщины льда на участке (относительной толщины льда), прогнозировать наиболее вероятное место формирования наибольшего подъема заторных уровней воды.

В качестве единой статистической основы для получения прогностических связей использован дискриминантный анализ, ранее не применявшийся в детода^ прогноза заторных уровней воды.

Практическая ценность и возможность реализации. Разрабо-ц метод долгосрочного прогноза заторных уровней поди на Лене. При этом появилась возможность прогнозировать с нощью уравнений критериальных дискриминантных функции Чшроиг-сть осуществления или неосуществления такого опасного плле-я, как наводнение. Такой прогноз составляете^ как для учаот-, так и для наиболее важных населенных пунктов.

Предусмотрена возможность составлять уточнения основного эгноза с меньшей заблаговременностью.

По разработанной методика в 1991-92 гх1. я Гидрометцентре утского Л'МС состаглены оперативные прогнозы, использование горых уже принесло положительные результаты.

Способ исследования усг. звий формирования заторных макси-лов раскрывает принципиальные возможности изучения заторных тений на других реках, а методика прогноза заторных уровней кет служить основой при аналогичных разработках как для рек 5ири и Дальнего Востока, так и для любых других рек с устоИ-зым ледовым режимом.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались ?ыли одобрены на научных семинарах по речным гидрологическим ?гнозам Росгидроиетцентра (198В,1989,1990,1991гг.) а также научной конференции по проблемам водных ресурсов ДЗ эконо-[вского района и Забайкалья (1988 г.).

Публикации. Основные результаты исследования отражены в »публикованных статьях.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введе-четырех глав (]> параграфов), заключения и включает 139 13ниц машинописного текста, 16 рисунков, 9 таблиц и два ирч-.еиия. Список использованной литературы содержит 123 нашеио-ия, в том числе б на иностранном языке.

СОДИРШИЕ РАШШ

Во введении показана актуальность выбранной теми, фораули руетсн задача исследовании, приводится кратная аннотация содержания глав.

Б первой гнцве дани основные сведения об зтшшх иаучении заторов льда, рассмотри ни методические основы прогнозирования заторных уровней воды.

Отмечено, что изучение заторов льда осуществлялось в еле дующих направлениях;развития натурных, экспедиционных и дисга: циошшх способов наблюдений над заторами; создания физических и математических моделей процесса заторообразованин; разработки методов расчетов и прогнозов максимальных заторных уровней воды.

Из критического обзора работ видно, что несмотря на доел точную изученность процессов заторообразованин еще не существует их универсальной модели и универсального метода прогноза заторных уровней воды.

Прогнозирование заторных максимумов на реках (в т.ч. и ш Лене) осуществляется о использованием эмпирических зависимостей уровней ог определяющих факторов и только для участков, где заторы образуются из года в год в одной и тон же песте. 3£ бяаговрэиенность таких прогнозов не превышает 3-6 оуток.

Учитывая, что^ене формирование заторов льда равновэроят-но в любом месте, а функциональные связи между предиктантоы и предикторами достаточно сложны, делается вывод о невозможности эффективного применения существующих методов прогнозов заторных уровней. В связи с этим ставится задача разработки такого метода прогноза заторных уровней на р. Лене, который позволял Ои учитывать элемент случайности и непостоянства наст образовании ааторов льда, аффективно использовать текущую и прогнос-

1ескую информацию об основных: факторах процесса фориирова-? заторных уровней, отличающуюся, как правило, невысокой

1110СТЫ0,

Во второй главе приводятся общие сведения о природно-шатических условиях в бассейне р. Лены, ее гидрографии и эфологии. Рассматривается водный режим и режим уровней на этяжении года и в многолетнем разрезе с целью показать мес-, которое занимают в этом режиме заторные максимумы. Даются иовные характеристики ледового режима.

Бассейн Лены занимает площадь 2488 тыс. кв.км. Длина реки зтавляет 4400 км. Горные системы и плоскогорья оконтуривают зеейн Лены со всех сторон, образуя почти замкнутую гигантс-о котловину с узким выходом по долине реки к морю Лаптевых.

Климат резко континентальный, о суровой зимой и коротким, теплым летом. Годовое количество осадков невелико и состав-зт для большей части бассейна 200-250 мм, лишь в горных об-зтях правобережных притоков Лены оно достигает 1000 мм. За годный период выпадает около 30$ годового количества осадков.

Суровая и малоснежная зима способствует образованию на не мощного ледяного покрова, толщина которого в связи с не-вномерньи залеганием снега имеет большую пространственную ленчивость. Это затрудняет вскрытие реки и способствует фор-рованию заторов льда.

Переходные периоды короткие. Осенью осуществляется ин-зеивное поникание температуры воздуха, что приводит к быст-лу замерзанию реки. Весной зачастую наблюдается резкое повы-' яие температуры, что вызывает интенсивное снеготаяние и фор-рованив волны половодья. В такие дружные весны наблюдается эбенно активное образование заторов льда.

Почти повсеместное распространение в бассейне Лены много-

натнемерзлых пород способствует быстрому обросу талой снеговой воды и жидких осадков в русловую сеть, формированию высокого половодья и дождевых паводков.

На р. Лене нами выделено четыре однородных по морфомет-рии участка. Верхний, выше устья р. Витим, отг-ичаетоя большой извилистостью русла. Для второго участна (между устьями рек Витим и Олекма) характерно узкое в поперечном сечении русло оо слаборазвитой поймой. На большей части протяжения третьего учаотка (между устьями рек Олеша и Алдан)отмечается наличие больиюго числа русловых образований (островов, отмелей, кос и т.п.) и широкая низкая затапливаемая пойма. На четвертом участке (ниже устья Алдана) наблюдается сужение русла по мере продвижения вниз по течению.

Указанные морфологические особенности оказывают большое влияние на изменчивость по длине реки транспортирующей способ нооти потока и, в конечном итоге, на процессы формирования заторов льда. В то же время на протяжении однородных участков создаются условия для равновероятности образования затора ль?

Водность р. Лены велика - ее средний годовой расход у п. Кюсвр равен 16600 куб,м/сек. Сток за весенний период (май-июнь) составляет 50-70$ от его годового объема. Для р. Лены характерен хорошо выраженный подъем уровня воды во время весеннего половодья, причем наивысшие уровни наблюдаются как п{ ледоходе, тал и после рсвобождения реки ото льда. В верховьях Лены максимальные уровни половодья отмечаются при ледоходе и

заторообразовании в №-50% случаев. По мере продвикэния вниз

ч - -

по течению волна половодья, вскрывающая реку, встречает на свози пути все более толстый ц прочный лед. Это приводит к фс мировашю в среднем и нишам течении реки годовых максимумов и максимумов половодья преимущественно в период ледохода и

бразования заторов льда. Максимальные за период наблюдений ровни води повсеместно наблюдены исключигольно при заторах ьда.

Во многом водный реяим р. Лени опредоляотся режимом ео рупнеЩаих притоков, рек Витим, Олекма и Алдан, места впаде-ия которых п Лену являются границами указанных выше харак-ериых участков реки. В рззультато на протяжении каждого из ¡сих участков наблюдается относительное постоянство но только эрфометричсских характеристик русла, но и гидрологического зжима.

Замерзание Лены происходит, как правило, в условиях низ->й водности. Ледообразование наблюдается в октябре и быстро ) течение полутора декад) распространяется по роке при од-»временном появлении льда на участках длиной около 1000 км. достав на воем протяжении Лены распространяется по длине ки почти вдвое медленнее, чем ледообразование. Раньше все-ледостав отмечается в низовьях у л. Кюсюр (23.10) и в йоне г. Киренока (26.10). В работе обращается внимание на личительные особенности процесса замерзания на каждом из тырех выделенных участков реки.

С приходом весны и увеличение« тепяоприхода начинается эцесс разрушения ледяного покрова в верховьях Лена (начало О, заканчивающийся полным очищением раки ото льда в нача-июня.

Вскрытие Лены осуществляется под влияние;.! волны полоня, формирующейся в верховьях реки на юге бассейна. Продвинь вниа по течению,она встречает но своем пути все более :стыЯ и прочный ледяной покров. Это обстоятельство, а так-благоприятная морфология, создают необходимые условия для авования заторов льда по всей длине раки. Формирующиеся

при этом заторные уровни иода являются важнейшей характеристикой режима уровней р. Лены.

В 'третьей глава подробно рассматриваются условия вокрьп и формирования заторов льда л заторных уровней воды на р. Л не. Они характеризуются с точки зрения современных представлений об утих процессах. Дается количественная оценка основным факторам, определяющим заторный максимум; анализируется характер влияния этих факторов на протяжении Лены.

Вскрытие Лены является результатом увеличения водности реки весной, с одной стороны, и уменьшенля прочности и толщ ны. ледяного покрова - с другой, что подтверждают расчеты с пользованием модели вскрытия, предложенной С.Н. Булатовым.

Начавшийся в верховьях реки процесс вскрытия осуществи ется рывка ¡ш и, как правило, единым фронтом на участках, гд река протекает одним руслом. Задержки фронта вскрытия наблк даются в местах уменьшения транспортирующей способности рус К таким местам приурочено формирование заторов льда.

На участках, изобилующих русловыми образованиями, где чаоть проток освобождается от местного льда раньше ооновнох русла, транзитный лед проходит по таким протокам, минуя ось ное русло. Это приводит к одновременному вскрытию Лены на участках значительно удаленных друг от друга и к образова! заторов льда в нескольких местах одновременно.

Таким образом, вскрытие Лены на всем ее протяжении соп] вождается образованием заторов льда. Развитие процесса зат< образования происходит или непосредственно у кромки ненару> итого ледяного покрова или при закупорке русла массой движу! гося пь?а, то есть при выполнении необходимого для этого у< ловия: наличия участков повышенной потенциальной солротивл; мости ледяного покрова, либо участков недостаточной яедоп;

гскной способности русла.

На Лена заторы формируются в определенных местах: на покатах, в излучинах русла, на островных участках, где основ-эе русло "блуждает" от берега к берегу между островами. Таге мест на реке выявлено около 200. В одном и том жа месте 5разования затора последний наблюдается не ежегодно, хотя эвторяемость формирования довольно высока: от 70 до 90$.

Относительное постоянство морфологических и гидрометео-злогических условий на протяжении характерных участков соз-ает равновероятные условия для формирования заторов п не-гольких постоянных местах их образования. Поэтому повторяешь заторов в каждом из таких мест меньше, чем на участке 1(6 лом.

На р. Лене выдающимися заторами принято считать продол-дельные (до 5-Ю суток) заторы редкой повторяемости и боль-)й протяженности (до 100 км и более).

Косвенной характеристикой мощности заторных скоплений ьда является заторный подъем уровня воды за счет забивки руо-1 льдом и подпора уровня во время затора над уровнем, соот-¡тствующим расходу воды в условиях свободного ото льда руо-I. На Лене величина заторных подъемов изменяется в среднем : 150 дс 640 см. Доля заторного подъема в общем подъеме уров-I над минимальным, зимним колеблется от 15-25$ для участков с >рокой поймой до 50-60$ для беспойменных участков. Это сви-¡гельствует о преобладающей роли ледовых условий в формиро-шии максимальных заторных уровней именно на участках с уз-1М руслом и малой ледопропуокной способностью.

Наиболее значительные заторные подъемы наблюдаются на ■ором участке и в самых низовьях реки. Наиболее высокие даемы формируются также в местах, где наблюдается репкоа

увеличение юпщини ледяного покрова по сравнению с толщиной льда на вышарасположенном участке.

формирование заторных уровней сопровождается наводнения ми. Причем массовый выход воды на пойму возможен только при образовании затора льда, что указывает на значимость этого процесса для режима уровней на р. Лене.

Отмечено, что изменение уровня воды на воем протяжении периода образования и разрушения затора льда практически не предсказуемо, так как взаимодействие факторов заторообраэова пин носит в значительной степени случайный характер. Это за-хрудннет и прогноз максимального заторного уровня воды.

Разрушение ленских заторов происходит за очет увеличена уклонов, а следовательно, и скоростей течения на участка обр) зования затора, размыва заторного скопления льда теплой водо| таянин и уменьшения прочности льда в заторе под влиянием теплых воздушник пасс и солнечной радиации.

В целом можно считать, что условия формирования заторов льда на р. Лене достаточно известии в результате иоследовани! B.C. Антонова, A.C. Руднева, U.K. Федорова. Уточнения в этом направлении могут бить сделаны лишь после анализа качественн! ноной информации, полученной с помощью детальных натурных ИС' следований.

Что касается формирования заторных уровней, то здесь ещ| не все до конца нсно даме с учетом уже имеющейся информации. Выполншшые paiiutä исследования, как правило, ограничивались или описанием ыномад&шх заторных явлений за отдельные годы, и/ш результатов, нолучинных длн отдельных нунктон, в лучшей случаи, отдельных участков. В связи с ¿щш основная ьадача настошиого исследования заключается в установлении общих uik ноыирнистеи формирования заторных уровней воды на р. Лене с

учетом индивидуальных особенностей ее отдельных участнов.

В процессе исследования было установлено, что основными факторами, определяющими максимальные заторные уровни на р. Пене, являются:

- генеральное направление течения, строение русла в поперечном сечении;

- толщина льда;

- уровень воды в начале ледостава предпествующей осенью, как характеристика высотного положения ледяного покрова в на-4але зимы и общего запаса льда а русле;

- интенсивность нарастания паводка на фазе подъема по-поводьи или высота паводочной волны;

- температура воздуха в период вскрытия и в предшествующий ему период.

Наиболее мощные заторы и вызокие заторные уровни воды формируются посла холодной зимы, когда на реке нарастает мощный ледяной покров, и при дружном формировании половодья, когда расход воды у кромки вскрытия ледяного покрова может быть близок к максимальному расходу за половодье.

Особенно высокие заторные уровни возникают в тех случаях, когда ледостав осуществляется на высоких отметках в условиях ювышенной водности.

На отдельных участках резкое поникание температуры воздуха в период вскрытия может привести к усилению затора и допол-¡ительному подъему уровня.

Влияние всех факторов можно отметить на любом участке Пены. Несмотря на .это, а также па индивидуальные особенности участков, последние можно разделить по характеру действующих факторов на две группы.

Участки первой группы, на которых при фор-

- 1Ц _

мировании заторных уровней воды бо'льшую влияющую роль играет водный фактор, характеризуются:

- ишротньы направлением течения, когда волна половодья на пути своего продвижения встречает значительно теряющий прочность и почти повсеместно одинаково подготовленный к вскрытию ледяной покров;

- небольшой и иало изменяющейся по длине участка толщиной льда;

- формированием максимального, расхода половодья в перио; ледоходц и образования заторов льда;

- широким руслом, когда с увеличением расхода и приращением уровня воды ширина реки существенно увеличивается; такмд образом значительно изменяется ледопропускная способность рус ла и характер заторообразования.

Для участков второй группы, где на затор-«

ные максимумы оказывают оольшее влияние ледовые условия, характерны:

- преимущественно меридиональное направление течения, когда волна половодья,продвигаясь на север, встречает сопротивление все более прочного ледяного покрова;

- большая, значительно варьирующая по длине участка толщина льда;

, - относительно небольшой (по сравнению с пиком половодья расход воды при ледоходе;

- относительно узкое русло, когда ширина реки и ледопропускная способность русла, а соответственно и характер заторообразования, мало зависят от приращения уровня воды.

К первой группе в большей мере откосятся участки Лены между устьями рек Кута и Витим, Олекма и Алдан. Участки Лены ые*сду устьями рек Витим и Олекма, а также ниже впадения Алдан

можно отнести ко второй группе.

Впервые осуществленное таким образом выделение и группирование участков Лены позволило полнее и точние учесть местные физико-географические условия водного объекта, а сам спо-зоб систематизации раскрывает принципиальные возможности изу-1ения заторных явлений на других реках. Рассмотрение условий заторообразования на этой основе дало нам возможность разработки метода фонового прогноза заторных максимумов для каждого из участков.

В четвертой глава дается критический анализ существующих [етодов прогнозов заторных уровней воды на р. Лене и нрэдла-•ается новый метод.

Рассмотрены три существующих локальных метода прогноза шторных уровней р. Лены.

Для низовьев Лены эмпирические связи (А.II. и B.C. Головин) недостаточно надежны из-за малого числа случаев прева-ирукицего влияния одного из установленных факторов (дредикто-ов) на величину заторного максимума.

Для среднего участка Лены, где основными аргументами в рогностических связах выбраны расходы воды у кромки ледяно-

0 покрова по пути ее перемещения в пределах лвдосборного частка (P.A. Некиховский и др.). Основным недостатком мето-а является малое число пунктов, в которых измеряются расхо-j воды и низкая точность этих измерений.

В другом методе для Средней Лены (A.C. Руднев) для ве-)ятностной оценни мощности затора и заторного подъема уроз-

1 используется типизация заторов, основанная на морфологиче-сих признаках заторов, выявляемых о помощью ледовых авиараз->дон. Этот метод страдает неизбежной долей субъективизма при [ределении тина затора разными наблюдателями. К тому же вы-

пуск прогноза зависит от условий полетов (метеорологических и технических).

Общим недостатком всех методов является небольшая (до ЪА оуток) заблаговремэнносхь составляемых по ним прогнозов.

Предлагается новый способ долгосрочного прогноза заторных уровней, где в качестве предикторов использованы толщина льда, уровни в начале ледостава и косвенные характеристики развития половодья (температура воздуха за различные периода.

В работе показано, что большое значение имеет выбор в № честве единой статистической основы дяя получения прогностических связей такого метода как дискришнантный анализ. Применение последнего обусловлено:

- невысокой точностью текущей и прогностической информа ции об основных факторах процесса формирования заторных уров ней воды, поэтому долгосрочные прогнозы могут иметь в лучшем случае лишь альтернативную формулировку;

- генетической неоднородностью как характеристик прогнс зируемой величины, так и влияющих на нее факторов, указывающей на необходимость использования «исканных методов классик кации в вадочах анализа и прогноза.

Задачи дискриминации выделяются тем, что число групп (классов) задается заранее и зависят от априорных сведений о соотношении между переменными. Наш гее заторные уровни б| разделены на две группы, достаточно однородные с позиций вл; щих факторов. К одной группе отиеоены уровни, сформировавши ся в основной под влиянием водного фактора. Это обычно уров на превышающие отметки выхода воды на пойму. В другую групп включены уровни, превышающие эту отметку. Ранее указывалось что такие уровни воеыохнц только при образовании затора пь т.е. формируются под влиянием дедовых условий.

Задача дискриминаитного анализа заключается в опредвле-ши принадлежности значения уровня, заданного значениями проекторов к одной из групп (классов) и получении уравнений [ритериалышх дискриминантных функций, которые наилучшим об-шзом описывают решающее правило, но которому осуществляется >азделение значений уровня на эти группы.

В простейшей случае двух числовых предикторов Хд и равнение записывается в следующем виде:

I) * + (I)

■де , 8, - коэффициенты уравнения.

Величина 15 должна обладать тем свойством, что прямая плоскости ^ и Х^,заданная уравнением X) = О,наилучшим обра-ом разграничивает предиктанты на две группы.

Непостоянство мест образования уторов ^да затрудняет ыпуск долгосрочного прогноза но кукоыу-либо одному конкретно-у посту, так как трудно сказать у какого именно поста будет атор. Более целесообразно оосташшть его для однородного по идро- и морфологическим особенностям участка. Для таких учаот-ов при образовании заторов льда характерны высокие подъемы в тденьных пунктах над некоторый "фоном", обусловленным, главам образом, водностью весеннего паводка, Ватерные подъемы в ределах этих участков, несмотря па значительный элемент слу-айног'ги мест образования заторов, формируются под влиянием цних и тех же факторов. Это такие позволяет говорить о неко-эром "фоне" возникновении опасных подгеиов уровней н период жрытия и ледохода. Поэтому предлагаемый метод предназначен 1к альтернативного фонового прогноза выхода воды ьа.пойму (е-/шбо на протяжении участка реки.

Для этого все годи, когда заторнца уровни на характерно л щетка прешшали критическую отметку (независимо от того ни-

о'лыдалоеь это только на «дном ипсту или на нескольких) были отпросим к олной группе. К другой группе отнесены голы, когда уришш поисомиогно были шш критический отметки.

Б с.нноИ о тако!; постановкой задачи получены уравнения ли-'{и (I), которые используются дли составления альтернативного прогноза следующие оораэом. Если при подстановке значений про дикторов и решения уравнении О'О, го прогнозируется и репы шапио уроння критической отмотки (т.е. выход воды на пойлу -наводнение) гди-лнбо на участие. Ясли О , ирогно'.щруитон ."•»овин н;I учистке шы? критической отиетги.

Б качестве численного критериального значения ,относитень ни которого уршнш но кгидому посту разделаны на группп (клзс си), оыла принята величины уровня, на среднее квадратичоское отклонение <юпьиан, че/1 средние иноголетнеа значение максимального заторного уровни. Эта величина близка (отклонения не превышают - 0,5 н) к уровню выхода води на пойму; ее превышение сопровождается наводненном. Принятие критериальные значении уровней сопоставимы по'всем постам в пределах однородиогс участка и считается однозначными показателями разлива (наводнении) на последнем.

Повторяемость лет с выходом воды на пойму на каждом из четырех участков (независимо от количества постов, где зто о: началось) составляет "в среднем около 40/»; соответственно чис. лет боа наводнений 60>. Поэтому при разработке метода фоново: прогноза для участка решается проблема репрезентативности об, чающей выборки, ограничивающей возможности дискриминантного анализа при использовании данных одного поста, так кпк выбор для каждой иэ групп получаются достаточно и почти одинаково представительными. Такое решение проблемы обучающей выборки данных позволило получить обобщенные связи, которые являются

более устойчивыми и надежными, чем локальные.

Численные значения предикторов использовались для дискри-минантного анализа, в результате которого получены уравнения (или система уравнений) критериальных дискриминантных функций вида (I). Анализ осуществлялся с использованием ПЭВМ, стандартных прикладных программ и самостоятельно разработанной программы.

Отбор предикторов и оценка вероятности правильной классификации выполнены о использованием критериев Стыодента и Махаланоби-са. Оценка оправдываемости альтернативных прогнозов осуществлялась как для всей выборочной совокупности данных (Р0(5Щ). так и отдельно для уровней выше критической отметки (Pj) и ниже ее (Р2).

В прогностических уравнениях учтены следующие наиболее информативные предикторы.

В качеотвз первого предиктора (Xj) для всех четырех участков выступает уровень в начале ледостава. Для обеспечения сравнимости характеристик положения ледяного покрова в любом места участка и определении среднего его поло", ¿кия на участке, уровни воды по всем постам выражены в нормированных отклонениях (отношение отклонения от нормы уровня данного года и среднему абсолютному отклонению ва весь ряд лет). Средний на участке уровень в начала ледостава вычислен путем осреднения нормированных отклонений уровней, измеренных на двух постах, расположенных в начале и конца участка.

В качестве второго предиктора (Xg) для первого и третьего участков, где наиболее важным фактором формирования заторных уровней является водносзь в период вскрытия, выступает характеристика интенсивности развития половодья. В прогностических уравнениях для первого участка это - дата перехода сродней суточной температуры воздуха через 0° к иолоасителышм зна-

чепини в основной зона формирования половодья (мм. Качуг) и продолжительность периода от этой даты до начала половодья. Установлено, что при раннем перзходе температуры через 0° и большой продолжительности указанного периода подъем половодья бывает затпшш.л, и наоборот.

Для третьего участка в качества косвенной характеристики дружности развитии половодья использована средняя температура воздуха па мст. Олекшшск за март к две декады апреля. Устано! лено, что при низких температурах в атот иориод наблюдается дружное половодье, и наоборот.

Для второго и четвертого участков, гдо заторные уровни зе висят в основном от ледовых условий, в качестве второго предии тора использованы различные характеристики этих условий.

Для второго участка это модульные коэффициенты сумм отрицательных средних суточных температур воздуха за период онтлб]] март по мст. Витим (как характеристика мощности ледяного покро ва на участке).

Дм четвертого участка, имеющего меридиональную направленность, оказалось важны« учитывать характер теплоприхода в района заторообразования и выше него. В качестве такой характе ристики использована разность между значениями средней месячной температуры воздуха за апрель на мст. Олекшшск и мст. Кю-сюр. Чем больше эта разноегь, тем быстрее продвигается паво-дочная волна на верхнем участке, встречая на никнем участке более прочный лед, том мощнее здесь затора яьда.

Проверка методики на независимом материале подтвердила удовлетворительное качество зависимостей.

В работе предложен способ учета влияния неравномерности распределения толщины льда по длине участка при прогнозе наиболее вероятного места формирования мощных заторов льда. Показано, что вероятность образования такого затора возрастает с

сличением отношения толщины льда у поста, где формируется тор, к толщине льда на участке выше поста. Это отношение на-ано относительной толщиной льда.

Таблица 1

Оправдываемость и заблаговременность нрох'ноэов

Участок

Оправдываемость, %

Заблаговременность,сут.

• р : общ : Р1 Р2 Наиб. ; Паи,.!

рвый 91 81 96 18 29 Ю

ороа 80 71 87 57 25

етий 8? 81 96 28 40 13

твертый 87 78 95 26 35 16

Прогноз наводнений у наиболее крупных ад.«жнистратиышх и омышленных центров: Киренсна, Ленска, Якутска, Кюсюра - сос-вляется с использованием уравнения вида (I), где учитывается носительная толщина льда. В качестве второго аргумента пользуются значения уровней воды в начале ледостава и косвеи-э характеристики теилонрихода к ледяному покрову.

Забяаговреыенность прогнозов та ке, что и для прогноза торных уровней на-участке, а обеспеченность составляет от до 90%.

Прогноз вероятности наводнений у отдельных пунктов составятся только в то:.«, случае, когда по прогнозу ожидается выход вд на ло(Ыу на участке. При этой, если расчет места обда^о-;1ия затора по уравнению типа (I) дает значение 1>>0 , то ддается выход воды на пойму у перечисленных важнейших пунк-а. При Ю< О уровни выше критических следует ожидать у ыша-зположзнных на участие постов.

Оправдываемость прогнозов ситуаций (класс) о наводнения-(Рд-) ниже, чем прогнозов ситуаций без наводнений (табл.0.

Поэтому предлагаются способы уточнения долгосрочных прогнозов. Это становится возможным в процессе развития половодья. Уточнения составляется по уравнению типа (I), где в качестве предикторов используется информация о расходах к уровнях воды в период вскрытия на вышарасполокенных участках. Заблаговремен-иость уточнений составляет от I до Ю суток, оценка точности прогноза ситуаций с наводнениями (Р^-) - 86-92$.

В ктоге предлагается комплекс методов прогнозов, базирующихся на единой статистической основе с учетом как общих для всей Лены, так и специфических для каждого из участков факторов. Методы„позволяют уточнять прогноз по мере развития и про^ винения волны половодья, вскрывающей ледяной покров. Общий перечень видов прогнозов заторных уровней, которые могут составляться по предлагаемой методике, сводится к следующему:

- долгосрочные и краткосрочные альтернативные фоновые прогнозы уровней;

- долгосрочные прогнозы места образования наиболее мощного затора;

- краткосрочные прогнозы абсолютных значений уровней.

Разработка методов прогнозов осуществлялась с использованием данных наблюдений за период 1937-1980 гг. Проверка на независимом материале проводилась за период 1981-90 гг. Оперативное испытание проведено в 1991 и 1992 гг.

Процесс составления прогнозов автоматизирован.

В работе приведоны примеры использования прогнозов на .тактике.

В заключении приводятся основные результаты выполненной работы и намечены некоторые пути дальнейиего усовершенствования метода анализа и прогноза.

ОСНОВНЫЕ выводы

1. Значительные размеры раки, еа географическое положенно ¡допрвделнют существенное разнообразно природных условий на протяжении. Ни Лене можно выделить четыре однородны* но 1ро-морфологичеомщ условиям участка, границами которых яь-)тся места впадения крупных притоков; рек Кути, Витима, Олок-и Алдана. На каждом из участков прослеживается охноситоль-

иостоянство всех основных особенностей мору.ометрин, водно-и ладового режима, в т.ч. и условий ^ориирининин заторов ,а и заторных уровней воды. Для таких участков характерна ¡новэроятность образовании заторов в любом месте.

2. Заторные уровни води формируются под влиянием общих всей Лены факторов: I) интенсивности нарастания и высоты

еннего половодья; 2) ледовых и метеорологических условии в иод образования и разрушения ледяного покрова. С учетом ин-идуалышх особенностей участков их моыю разделить по хцрак-у действующих факторов на два группы. На участках Лены межустьями рек Куга и Витим, Олонма и Алдан заторные уронни мируются в основном под влиянием водного фактора. На участие жду устьями рек Витим и Олсгсма, а так,ко нилв устья Алдана заторные максиму ли оказывают бояьигзе влияние ледовые уо-ян.

3. Выделение и группирование участков позволяет реализо-

возможность разработки методы фонового прогноза заторных

лшумов для их участков.

4. Использование л качества предикторов характеристик 1шш льда, уровней в начало ледостава и развитии половодья юлнот разрабатывать долгосрочные прогнозы аатешшх уровнен I р. Лани.

5. В качиатии единой статистической основы для получении

прогностичаоких связей целесообразно использовать дискрими-нантный анализ. Наиболее важный для прантики - альтернативный прогноз опасных замерных уровней воды возможен с использованием уравнений критериальных диокрилинантнцх функций.

6. Получена методика долгосрочного альтернативного фонового прогноза заторных уровней р. Лены, позволяющая составлять эффективные предупреждения о наводнениях на участке с эаблаговременностыо около.месяца. Обеспеченность метода составляет 80-90%.

Методом предусмотрена возможность прогноза мест формировг ния наиболее значительных заторных уровней и составления краткосрочных уточнений.

Основные результаты исследования опубликованы в следующих работах:

1. К прогнозу заторных уровней на Лене в районе трассы АЯМа. - Сб. научн. работ, 198?, Иркуток, экспресс-информация, вып. I, о. 34-48.

2. Прогнозы максимальных заторных уровней на Лене о учетом толщины льда. - Труды ЗапСибНИГМИ, 1988, вып. 87, с. 55-6Г1

3. Особенности формирования заторных уровней на реках Яку гии. - В кн.: Материалы научной конференции по проблемам водных ресурсов ДВ экономического р-на и Забайкалья. Л., 1991,

с. 61)8-612.

4. Долгосрочный альтернативный прогноз заторных подъемов уровня воды на реке Лена. - Труды ЗапСибНИГМИ, 1992, вып. 98, с. 3-8.

5. Анализ условий формирования и долгосрочный прогноз заторных уровней на реке Лена. - Метеорология и гидрология, 1992, № 4, о. 82-89.