Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование и прогноз элементов ледового режима реки Енисей в осенне-зимний период в нижнем бьефе Красноярской ГЭС
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия
Автореферат диссертации по теме "Исследование и прогноз элементов ледового режима реки Енисей в осенне-зимний период в нижнем бьефе Красноярской ГЭС"
003467217
На правах рукописи
Ковшова Елизавета Петровна
ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗ ЭЛЕМЕНТОВ ЛЕДОВОГО РЕЖИМА РЕКИ ЕНИСЕЙ В ОСЕННЕ-ЗИМНИЙ ПЕРИОД В НИЖНЕМ БЬЕФЕ КРАСНОЯРСКОЙ ГЭС
Специальность 25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук
О ; г о
.1 ... ' • '
Иркутск - 2009
003467217
Работа выполнена в Красноярском государственном аграрном университете, на кафедре природообустройства Института землеустройства, кадастров и природообустройства
Научный руководитель:
доктор географических наук, профессор Бураков Дмитрий Анатольевич
Официальные оппоненты:
доктор географических наук Игнатов Анатолий Васильевич
кандидат географических наук Троицкая Елена Сергеевна
Ведущая организация:
Сибирский научно-исследовательский гидрометеорологический институт (ГУ СибНИГМИ)
Защита состоится на заседании диссертационного совета Д 003.010.01 при Институте географии им. В.Б. Сочавы СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1 ^ШЛ ёРОЭг. / К-СО
Тел./факс (3952) 42-27-17 Е-таН: postman@irigs.irk.ru
С диссертацией можно ознакомиться
в библиотеке Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН
Автореферат разослан « /¿7 » апреля 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор географических наук Рагулина М.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Саяно-Шушенская, Майнская, Красноярская, Иркутская, Братская и Усть-Илимская ГЭС, созданные в речной системе Енисея и Ангары, представляют собой уникальные искусственные сооружения, нарушившие естественный гидрологический режим, изменившие мор-фометрические и гидравлические характеристики верхних и нижних бьефов. Изменились динамика процессов замерзания и вскрытия рек, сроки и продолжительность ледовых явлений.
Создание крупнейших в мире гидроэлектростанций на Енисее и Ангаре поставило на повестку дня проблему эффективного комплексного управления водными ресурсами водохранилищ Ангаро-Енисейского каскада с учетом требований гидроэнергетики, судоходства, водоснабжения, рыбного хозяйства, охраны природы. При водохозяйственном использовании рек существенное значение имеет правильный учет их ледового режима.
В зимний период в нижних бьефах созданных ГЭС образуются незамерзающие полыньи. Наиболее протяженная полынья устанавливается на Енисее ниже плотины Красноярской ГЭС. В суровые зимы минимальная ее длина в феврале составляет 100 км, тогда как в теплые зимы увеличивается до 315 км.
Скачкообразные изменения длины полыньи наступают при подвижках кромки ледостава. Подвижки кромки ледостава вызывают резкие подъемы уровней воды. Связанные с ними подтопления и наводнения приводят к значительным ущербам. Подвижки кромки ледостава характерны для начального периода замерзания реки в условиях нестабильного режима погоды и сбросов ГЭС.
Современные физико-математические модели формирования ледяного покрова в нижних бьефах гидроэлектростанций позволяют рассчитать длину полыньи и динамику ее колебаний, что важно для прогноза изменений зимнего режима вновь проектируемых ГЭС. Однако они не решают задачу прогноза подъемов уровней воды при подвижках кромки ледостава.
Для планирования безопасных попусков ГЭС в зимний период и предупреждения о возможных наводнениях необходимы надежные прогнозы характеристик зимнего режима реки в нижних бьефах гидроэлектростанций. Таким образом, актуальность постановки и попытка решения этой задачи проявляются как в теоретическом, так и практическом аспектах проблемы.
Правительство РФ распоряжением от 22.02.2008 № 215-р утвердило «Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики на период до 2020 года». Согласно генеральной схеме, на Енисее и его основных притоках планируется размещение ряда высоконапорных ГЭС: Эвенкийской ГЭС на Нижней Тунгуске, Нижне-Богучанской и Мотыгинской ГЭС на Ангаре. Энергетическое строительство приведет к дальнейшим изменениям элементов осенне-зимнего режима зарегулированных рек. Основные положения диссертационной работы могут быть учтены как при подготовке правил использования проектируемых водохранилищ, так и при корректировке дейст-
вующих «Основных положений правил использования водных ресурсов Красноярского водохранилища на р. Енисей» и «Основных правил использования водных ресурсов водохранилищ Ангарского каскада ГЭС».
Объекты исследования - бассейн Енисея в нижних бьефах Саяно-Шушенской, Майнской и Красноярской ГЭС; бассейн Ангары в нижнем бьефе Усть-Илимской ГЭС.
Целью работы является комплексное гидролого-географическое исследование зимнего режима и разработка на этой основе методов оперативного краткосрочного прогноза сроков установления ледостава, подвижек льда и подъемов уровней воды на примере участка р. Енисей в нижнем бьефе Красноярской ГЭС.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• создание электронного архива исходных данных для рассматриваемых участков речной системы Енисея и Ангары в створах наблюдений (уровни воды, расходы воды, температура воды, ледовые явления, положение кромки ледостава, температура воздуха, скорость ветра, относительная влажность воздуха, общая и нижняя облачность);
• выявление закономерностей формирования зажорно-заторных явлений на участках Енисея и Ангары в зависимости от погодных условий, водного режима и регулирования Красноярской и Усть-Илимской ГЭС;
• выявление закономерностей срыва кромки льда (подвижек льда) при установлении ледостава;
• типизация ситуаций при установлении ледостава в системе «погода-попуски ГЭС - ледовый и уровенный режим нижнего бьефа» с применением аппарата дискриминантного анализа;
• выявление факторов, определяющих величину максимального подъема уровней воды при заторно-зажорных явлениях и разработка прогностических регрессионных уравнений;
• поиск и оценка взаимосвязей элементов зимнего режима (сроков установления ледостава, подвижек льда и подъемов уровней воды) с гидрометеорологическими, ледово-термическими и гидродинамическими факторами.
Методическая основа исследования:
• комплексный гидролого-географический анализ;
• гидрофизические методы и расчеты (теплообмен водной поверхности с атмосферой; расстояние до нулевой изотермы; расходы шуги и др.);
• статистические приемы выявления прогностических зависимостей по данным многолетних гидрометеорологических наблюдений.
В основу исследования положен макрогенетический подход, обеспечивающий возможность разработки методов прогноза, реализуемых в условиях
ограниченной гидрометеорологической информации. В работе использовались статистические и графические программные средства обработки информации.
Исходные данные. Работа основана на материалах стандартных многолетних наблюдений гидрометеорологической сети Среднесибирского УГМС, а также информации о положении кромки ледостава за многолетний период с 1970 по 2006гг., полученной в оперативном режиме от работников службы гидрологических постов, от администраций районов, а за последние годы- с использованием регулярно поступающей информации спутника TERRA.
Научная новизна.
1. Выявлены основные закономерности осенне-зимнего ледового режима и связанные с ними зимние подъемы уровней воды в нижних бьефах ГЭС на Енисее и Ангаре.
2. Впервые для Енисея и Ангары выполнены комплексные систематические исследования динамики кромки ледостава, образования зажоров льда, изучены места их возникновения, как при естественном режиме, так и в зарегулированных условиях.
3. Разработана единая система физико-статистических зависимостей для прогноза нестационарного перемещения кромки ледостава, подвижек льда и колебаний уровней воды в нижнем бьефе Красноярской ГЭС с применением дискриминантного анализа и регрессионных моделей.
Практическая значимость.
Диссертация подводит итог исследований, проводимых автором по планам Росгидромета в 1991-1996 гг. (темы № 1.9.2.20 «Разработать метод прогноза высоких заторно-зажорных уровней на участках р. Енисей и на р. Ангара ниже Богучанской ГЭС»; 1.9.2.15 «Прогноз сроков установления кромки ледостава и подвижек льда р.Енисей в нижнем бьефе Красноярской ГЭС»; 1.9.2.10 «Разработать методы прогнозов элементов зимнего режима рек Ангары и Енисея на участках перемещения кромки ледостава в нижних бьефах ГЭС»; в 2000 г. - по договору с Главным управлением по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям администрации Красноярского края «Разработка методики прогноза уровней воды, вызванных заторными (зажорными) наводнениями в районе населенного пункта Ворогово»; в 2007 г. - по договору № 016-02-07 с ЗАО «Богучанская ГЭС «Оценка воздействия на окружающую среду Богучанской ГЭС (БоГЭС) на реке Ангара». Работа выполнялась в Красноярском филиале Сибирского регионального научно-исследовательского гидрометеорологического института, в научно-исследовательском центре Красноярского УГМС, государственном учреждении Красноярский ЦГМС-Р.
Разработанные методы краткосрочных прогнозов дат установления ледостава и подвижек льда внедрены в практику и используются в качестве ос-
новных в отделе гидрологических прогнозов Среднесибирского УГМС (решение технического семинара Красноярского ГМЦ от 25.12.1996 г.). Прогноз рассчитывается на персональном компьютере по специально разработанным для пользователя программам.
Прогнозы позволяют своевременно предупреждать о возможных наводнениях и используются для назначения оптимальных режимов работа Ан-гаро-Енисейского каскада ГЭС в осенне-зимний период.
Результаты выполненных исследований найдут применение при разработке новых «Правил использования водных ресурсов Ангаро-Енисейского каскада ГЭС», отвечающих требованиям безопасного проживания населения и выработки электрической энергии.
Учет сложных ледовых явлений позволит предотвратить или снизить ущерб от водной стихии за счет заблаговременной подготовки мероприятий по защите населения, населенных пунктов и хозяйственных объектов, за счет обоснованного планирования режимов ГЭС.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на техническом семинаре Красноярского ГМЦ (1996); на VI Международной конференции «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск, 2001); на VII научно-практической и методической конференции, посвященной 100-летию Красноярского отдела РГО «География на службе науки, практики и образования» (Красноярск, 2001); на VI Всероссийском гидрологическом съезде (Санкт-Петербург, 2004), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Социально-экологические проблемы природопользования в Центральной Сибири» (Красноярск, 2006), на кафедре природообустройства института землеустройства, кадастров и при-родообустройства Красноярского государственного аграрного университета (2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в которых с достаточной полнотой отражены основные положения диссертационного исследования.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы, пяти приложений. Основной текст изложен на 169 страницах машинописного текста, включает 43 таблицы и 17 рисунков. Список литературы содержит 118 источников.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю -профессору, д.г.н. Д.А. Буракову - за научное руководство работой, помощь на всех этапах выполнения работы и поддержку во время подготовки диссертации.
Ценные консультации и помощь при выполнении данной работы оказали сотрудники отдела гидрологических прогнозов Среднесибирского УГМС - гидрологи И.Д. Поляковская, H.H. Киселева, JI.A. Младенцева, ве-
дущий гидролог отдела разработки и внедрения гидрометеорологических прогнозов С.А. Холод. Всем им автор искренне благодарен и признателен.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, определены дели и задачи работы, методы их решения, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.
В первой главе рассмотрены физико-географические условия и климатические характеристики бассейна Енисея. Здесь же дана краткая гидрографическая характеристика реки.
Бассейн одной из крупнейших рек России - Енисея, расположенный в средней части Азиатского материка, занимает территорию от границ с Монголией до Карского моря. В среднем течении Енисея и на Ангаре построены высоконапорные ГЭС, существенно изменившие естественный гидрологический режим этих рек.
Рельеф и геологическое строение, континентальность и особенности климата, наличие мерзлоты, и, наконец, регулирование стока гидроэлектростанциями, - вносят решающий вклад в формирование гидрологического режима Енисея.
Во второй главе приведена характеристика элементов гидрологического режима Енисея в естественных (бытовых) условиях, не искаженных влиянием гидротехнического строительства.
Гидрологический режим Енисея формируется под влиянием разнообразных физико-географических условий огромного района. В главе дана характеристика водного, термического, зимнего режима реки.
Сделаны выводы о том, что наивысшие уровни реки до строительства высоконапорных ГЭС наблюдались в период весеннего половодья и были, в основном, заторного происхождения. Перед наступлением ледостава на реке наблюдались самые низкие уровни воды за год. Ледостав - самая устойчивая и длительная фаза ледового режима Енисея. Наиболее характерной особенностью установления ледостава на Енисее в естественных условиях являлось образование ряда первоначальных ледовых перемычек. Установление ледостава происходило с подвижками льда, образованием зажоров. Уровни воды при этом не достигали опасных отметок.
В третьей главе дана характеристика основных изменений гидрологического режима Енисея и Ангары после создания крупных водохранилищ.
Оценка изменения режима Енисея в период наполнения Красноярского водохранилища ранее выполнена И.М. Черновым (1974). Значительная работа по обобщению материалов наблюдений и изучению процессов замерзания Енисея в нижнем бьефе Красноярской ГЭС сделана И.Д. Поляковской (1983, 1994). Изменения режима Енисея после строительства Красноярской ГЭС рассмотрены также в работах В.А. Коренькова (1983, 1994), И.В. Космакова (1994,2001) и других исследователей.
В главе обобщены материалы многолетних наблюдений гидрометеорологической сети за более длительный период, по сравнению с другими исследователями, дана оценка произошедших изменений зимнего режима Енисея и Ангары, выполнены систематические исследования динамики кромки ледостава, образования зажоров льда в зарегулированных условиях. Выделена существующая проблема зимних наводнений в нижних бьефах ГЭС, и в связи с этим, необходимость правильного учета ледового режима рек для планирования безопасных попусков ГЭС в зимний период.
В четвертой главе сделан краткий обзор методов расчета и прогноза характеристик зимнего режима рек. Существенный вклад в развитие ледовых прогнозов внесли Л.Г. Шуляковский, К.И. Россинский, И.Я. Лисер, В.Н. Кар-нович, P.A. Нежиховский, Р.В. Донченко, В.А. Бузин и другие исследователи.
Изучению динамики кромки льда в нижних бьефах ГЭС посвящено много работ. В последние десятилетия развиваются исследования зажоро-заторных явлений, ведутся исследования по прогнозированию возможных сроков и мест образования зажоров и заторов льда и подъема зажорно-заторных уровней воды. Существующие физико-математические методы расчета динамики кромки льда и высоких зажорных уровней воды требуют большого количества исходных данных и проведения специальных исследований, и поэтому, как правило, используются в основном для целей гидротехнического проектирования.
В прогностической практике в настоящее время для прогнозирования зажорных максимумов уровня используются локальные эмпирические зависимости уровней от факторов, определяющих процессы образования зажоров, которые устанавливаются по данным многолетних гидрометеорологических наблюдений преимущественно для тех речных участков, где скопления льда формируется ежегодно.
Для Енисея методики краткосрочных прогнозов сроков установления ледостава, подвижек льда, высоких уровней воды, вызванных заторно-зажорными явлениями, не были разработаны.
В пятой главе рассмотрены физико-статистические зависимости для краткосрочного прогноза элементов зимнего режима реки Енисей на участках перемещения кромки ледостава в нижнем бьефе Красноярской ГЭС, полученные методом дискриминантного анализа и множественной регрессии. В процессе исследований установлены взаимосвязи элементов зимнего режима с гидрометеорологическими, ледово-термическими и гидродинамическими условиями, которые положены в основу краткосрочных прогнозов. Эти взаимосвязи с учетом особенностей процессов формирования зимнего режима реализуются последовательной «цепочкой» зависимостей для прогноза следующих характеристик:
1) сроков установления ледостава в рассматриваемом пункте;
2) уровней воды при образовании ледостава;
3) сроков наступления подвижки льда вследствие колебаний температуры воздуха и сбросов ГЭС;
4) уровней воды при подвижке льда.
Дана оценка точности полученных результатов прогноза, анализ ошибок, приводится схема выпуска прогноза.
В заключении подведены итоги выполненной работы.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ЯВЛЯЮЩИЕСЯ ПРЕДМЕТОМ ЗАЩИТЫ
1. Строительство системы высоконапорных ГЭС (на Енисее и Ангаре) привело к многообразным существенным изменениям зимнего режима реки Енисей. Сравнительный географический анализ этого режима в периоды до и после создания ГЭС позволил сформировать теоретическую основу для понимания генезиса процессов замерзания реки в зарегулированных условиях и выявить особую активность развития ледовых процессов в приплотинных участках нижнего бьефа.
Бассейн одной из крупнейших рек России - Енисея, расположен в средней части Азиатского материка, занимая огромную территорию от границ с Монголией до Карского моря. Протяженность бассейна в направлении с юга на север более 3000 км, ширина его с запада на восток по линии Минусинск - Иркутск составляет около 1600 км.
Разные части бассейна Енисея формировались в различных геологических условиях. Этот фактор отразился в весьма сложном его геологическом строении: наряду с обширным плоскогорьем, низменностями и глубокими котловинами, здесь располагаются и сложные горные сооружения. Горы и плато занимают около половины площади, на низменности приходится около 6%, остальная часть занята холмами и межгорными котловинами. Основными орографическими элементами являются: Западный и Восточный Саян, Среднесибирское плоскогорье, Енисейский кряж, Западно-Сибирская низменность, Северо-Сибирская низменность, горы Бырранга и Путорана.
Геологическое строение, рельеф бассейна и зимний режим реки взаимосвязаны. В зависимости от геологического возраста и характера горных пород, из которых сложены дно и склоны речной долины, меняются продольные уклоны и морфометрия долины в плане и поперечном разрезе, и, как следствие, - возникают пороги, перекаты, сужения и расширения долины, миогоостровья, являющиеся причиной образования ледоставиых перемычек, зажоров, заторов в период замерзания реки.
Бассейн Енисея характеризуется и асимметричностью: его правобережная горная и хорошо развитая часть в 5-6 раз больше левобережной, расположенной в виде узкой полосы на восточной окраине Западно-Сибирской низменности.
Бассейн Енисея охватывает несколько природных зон - от арктических пустынь и тундры на севере до пустынных степей на юге, осложненных особенностями рельефа и усилением континентальное™ климата с запада на восток. Долина Енисея является своего рода рубежом между территориями,
расположенными к западу и востоку от него. Это нашло отражение в особенностях циркуляционного режима атмосферы, а также в распределении отдельных показателей климатического режима (атмосферных осадков, снежного покрова и других).
Речная сеть развита, главным образом, в приподнятом правобережье (Саянские горы, Среднесибирское плоскогорье), где располагается наибольшая по площади часть бассейна. Здесь формируются крупные полноводные притоки - Ангара, Нижняя и Подкаменная Тунгуски, Туба. В равнинной левобережной части бассейна (Западно-Сибирская низменность) в Енисей впадают несколько средних рек: Сым, Елогуй, Турухан, Бол. Хета и др.
По природным особенностям Енисей подразделяется на три характерных участка: Верхний Енисей - от г. Кызыл до устья Тубы (длина 633 км); Средний Енисей - от устья Тубы до устья Ангары (длина 717 км); Нижний Енисей - от устья Ангары до впадения в Карское море (длина 2137 км) (рис.).
Г^С-
'Подкаменная Тунгуска ьОсиновский Порог > Воровово
Ярцево Нааимово
V
Подтесово
Енисейск Лесосибирск
Стрелка* Казачинское Галанино Зал и а
Рыбное
Атаманоао
Предивинск Павловщина Кононооо
Красноярск I Красноярская ГЭС
Рис. Карта-схема р. Енисея от створа Красноярской ГЭС до устья р. Подкаменная Тунгуска
Основное питание Енисей получает от талых снеговых вод: снеговая составляющая составляет 35-50% годового объема стока, дождевая 35-42%, подземная - 15-23%. По условиям распределения стока внутри года река относится к типу рек с весенне-летним половодьем снегодождевого происхождения. Сток всего весенне-летнего периода составляет более 80% годового стока, на долю осеннего приходится от 9 до 12%, на долю зимнего - 6-12% годового стока, с изменением процентного соотношения сезонного стока по длине Енисея. В верховьях (в горных районах) более половины годового объема стока приходится на лето; весной и осенью река имеет почти одинаковую водность - около 20%. В среднем и частично в нижнем течении реки (до впадения Подкаменной Тунгуски), весенний сток постепенно увеличивается до 28%, летний снижается до 43%, а зимний - возрастает до 9%. В низовьях Енисея характер внутригодового распределения стока по сезонам вновь становится примерно таким же, как и в верховьях реки.
На уровенный режим Енисея большое влияние оказывают основные его притоки, протекающие в разных природных зонах. На Верхнем и Среднем Енисее в половодье наблюдается несколько подъемов, на Нижнем Енисее ход уровня воды во время весеннего половодья представлен одной мощной высокой волной.
Наивысшие уровни реки в естественных условиях наблюдались в период весеннего половодья и были, в основном, заторного происхождения. Перед наступлением ледостава на реке наблюдались самые низкие уровни воды за год.
Ледовый режим Енисея формируется в условиях арктического, субарктического и умеренного климатических поясов центральных районов Евразии при широком распространении в этих местах многолетней мерзлоты. Широтная зональность и высотная поясность проявляется во времени наступления ледовых явлений и их продолжительности в северной и южной частях территории и по высотным зонам.
Ледостав - самая устойчивая и длительная фаза ледового режима Енисея. Наиболее характерной особенностью установления ледостава на Енисее в естественных условиях являлось образование ряда первоначальных перемычек ледостава, между которыми в дальнейшем происходило замерзание реки; ледостав распространялся в течение 30-40 дней в направлении с севера на юг. Средняя скорость продвижения кромки ледостава на разных участках была равна 32 - 40 км в сутки; подъемы уровня воды при установлении ледостава составляли 1,5-2,0 м. Установление ледостава происходило с подвижками льда, образованием зажоров, подъем уровня при зажорных явлениях составлял 0,7 - 2м. В бытовых условиях образование зажоров происходило в ноябре-декабре и их повторяемость составляла: у с. Казачинское - 6%; у г. Енисейска - 83%; у с. Назимово - 42%; у с. Ярцево - 25%.
В среднем течении Енисея построены крупнейшие ГЭС мира - Саяно-Шушенская (с Майнской ГЭС, служащей контррегулятором) и Красноярская, существенно изменившие естественный гидрологический режим реки. Сток основного правобережного притока Енисея - р. Ангары - зарегулирован са-
мым глубоким континентальным водоёмом на земном шаре — озером Байкал, а также водохранилищами крупнейших ГЭС России - Иркутской, Братской и Усть-Илимской.
В зарегулированных условиях на Енисее отмечается сравнительно равномерное распределение расходов и уровней воды в течение года за счет срезки высоких расходов воды в период половодья и увеличения расходов воды в зимний период, по сравнению с естественным режимом реки. Зимние расходы воды увеличились в 2-2,5 раза, а расходы в период половодья (май-июнь) снизились примерно в 1,5-2 раза; средние максимальные расходы воды снизились у г. Енисейска в 1,4 раза, а у д. Подкаменная Тунгуска - в 1,03 раза, то есть практически не изменились. После создания Красноярского водохранилища, в соответствии с изменением водности, на участке Казачин-ское - Подкаменная Тунгуска произошло повышение низших летне-осенних уровней воды на 1-3 м, низших зимних - на 1-2 м. На всем рассматриваемом участке Енисея в зарегулированных условиях отмечено снижение уровней весеннего половодья, включая уровни воды заторного происхождения, на 1,5 - 4 метра (в створе Подкаменная Тунгуска - на 0,3-0,4 м). Уровни периода ледостава в среднем увеличились на 1,5-3,7 м, однако их высшие значения снизились. Водный режим Енисея ниже Красноярской ГЭС в основном определяется влиянием гидроузла. Здесь проявляются суточные и недельные колебания в режимах сбросов с ГЭС.
В результате создания Красноярской ГЭС температура воды в нижнем бьефе понизилась летом и повысилась осенью и зимой, причем эти изменения уменьшаются по мере удаления от плотины. Восстановление естественного температурного фона реки происходит на расстоянии 700-800 км от плотины.
Увеличение теплового стока Енисея привело к тому, что сейчас для установления ледяного покрова требуется в два раза большая сумма отрицательных температур воздуха: в Енисейске - 600 "С (до зарегулирования - около 300°С), в Казачинском - около 800°С (до зарегулирования - 360°С) [Поля-ковская, 1983].
Ледяная перемычка, как и в естественном режиме, практически ежегодно первоначально образуется у Осиновского Порога (см. карту-схему), от нее идет продвижение кромки льда вверх по реке. На участке Енисея ниже впадения Ангары возросла продолжительность шугохода (у Енисейска 50 суток вместо 27). У Атаманово перемычки льда теперь вообще не образуется. Ледяной покров на Енисее устанавливается позднее по сравнению с бытовыми условиями: у Енисейска на 22 суток, у Назимово на 17 суток, у Ярцево на 13 суток, у Ворогово на 12 суток. Изменение средних сроков начала ледостава возрастает по мере приближения к плотине Красноярской ГЭС.
Выше устья Ангары, у Казачинского, установление ледяного покрова происходит позднее на 34 дня, чем в естественных условиях, причем ледостав здесь за период с 1970 по 2006 гг. устанавливался почти ежегодно, за исключением трех теплых зим (1982-83, 1988-89, 2001-02 гг.). Ближе к плотине, у Павловщины и Предивинска, ледостав устанавливался лишь в 50%
зим. У Атамаиово замерзание реки наблюдалось только 6 раз за период нормальной эксплуатации Красноярской ГЭС в очень холодные зимы (17%). У Красноярска (40 км от плотины) в настоящее время ледостава не образуется.
В связи с увеличением температуры воды в Енисее, средняя скорость перемещения ледяного покрова в процессе замерзания реки значительно сократилась: на участке 400-700 км от плотины она составляет 15 км в сутки, а на выше расположенном участке - около 5 км в сутки.
В тех случаях, когда установление ледостава проходит при исключительно сильных морозах (-20 -5- -30 °С), кромка льда продвигается значительно быстрее (до 30-40 км/сутки). Если к моменту последующего потепления ледостав не успевает упрочиться, он легко взламывается с образованием зажоров льда в сужениях русла.
В зимний период в нижних бьефах созданных ГЭС образуются незамерзающие полыньи, длина которых изменяется при подвижках кромки ледостава. Подвижки кромки ледостава характерны для начального периода замерзания реки в условиях нестабильного режима погоды и сбросов ГЭС, приводят к резким подъемам уровней воды и затоплениям прибрежной полосы.
2. В нижних бьефах Енисейских и Ангарских ГЭС заметно возросла частота образования зажоров льда и подъема уровней воды, образовались обусловленные специфическими факторами постоянно существующие полыньи с резкими изменениями их длины (в результате подвижек льда) и зимними наводнениями.
Из-за поступления относительно теплой воды из глубоководного Красноярского водохранилища, в нижнем бьефе ГЭС в зимний период образуется полынья. В ходе зимы, по мере нарастания сумм отрицательных температур воздуха, длина полыньи сокращается, и примерно в середине февраля становится минимальной. Далее, в зависимости от погодных условий, положение кромки ледостава на некоторое время стабилизируется, и, по мере ослабления морозов, она начинает удаляться от плотины, а длина полыньи соответственно увеличивается. В наиболее суровые зимы минимальная длина полыньи составляет около 100 км, тогда как в самые теплые зимы она может достигать 315 км. Необходимо отметить, что, несмотря на суровые зимы, ниже плотины Красноярской ГЭС образуется самая длинная полынья (например, ниже плотин волжских ГЭС длина полыньи составляет от 1 до 50 км, ниже ангарских ГЭС - от 3 до 95 км) [Готлиб, 1983].
Изменения размера полыньи в течение зимы происходят нестабильно. Колебания температуры воздуха и расходов воды, сбрасываемых в нижний бьеф Красноярской ГЭС, обуславливают изменения баланса тепла водной массы, что объясняет неустойчивость положения кромки ледостава, подвижки льда и неравномерный характер перемещения кромки. Движение кромки льда при больших скоростях течения и достаточных объемах ледяного мате-
риала (шуги) сопровождается формированием зажоров. Уменьшение пропускной способности реки в нижнем бьефе ГЭС, оцениваемое коэффициентом Ктм, определяется особенностями формирования ледяного покрова и изменением попусков ГЭС. Установлено, что на Енисее у Енисейска за период 1970-2006 гг. в начальный период ледостава величина Кшм изменяется от 0,21 до 0,38 в зависимости от зашугованности русла. Зажоры и заторы льда на Енисее образуются в местах крутых поворотов, резкого изменения глубин; на участках сужения русла осередками, косами, выходами скал, на участках реки ниже перекатов.
В начальный период ледостава (первые 5-10 дней) наблюдаются значительные повышения уровней воды, которые составляют на участке Ярце-во-Назимово 4-8 м, у Енисейска 5-9 м, у Казачинского и на вышерасположенном участке - 4-6 м. До строительства ГЭС такие подъемы составляли 2-4 м, т.е. примерно вдвое меньше. В начальный период ледостава устанавливаются уровни воды, близкие к максимальным годовым, что особенно выражено на участке Енисея выше устья Ангары.
Особенно мощные осенние шуго-ледяные зажоры образуются в годы с длительным периодом замерзания реки, когда установление ледостава происходит с подвижками льда или с возобновлением ледохода. Участки реки, на которых зимой наблюдаются зажорные явления, являются очагами образования весенних заторов льда.
Со времени ввода в эксплуатацию Красноярской ГЭС на Енисее, Иркутской, Братской, Усть-Илимской ГЭС на Ангаре, отмечается ежегодное образование зажоров на участке среднего течения Енисея. В бытовых условиях наибольшая повторяемость зажоров была только у Енисейска. Сдвинулись и сроки образования зажоров: они стали появляться позднее - в декабре-январе, а ближе к плотине - в феврале.
Высокие подъемы уровней воды в периоды подвижек кромки ледяного покрова приводят к затоплению территории населенных пунктов, дорог, нижних складов древесины и т.п., нанося значительные ущербы экономике края и населению. Такие ситуации наблюдались в зимнее время в г. Енисейске- 1978, 1979, 1984, 1989, 1993, 2005-2007 гг.; в пос. Стрелка - 1981, 1984, 2007 гг.; в селах Казачинском и Галанино - 1971, 1972, 1980 гг.; в с. Преди-винск - 1978, 1985 г.. Аварийные ситуации наблюдались в затонах Кононово (1974,1977 гг.) и Павловщина (1990,2004 гг.).
Гидрологический режим Енисея на участке ниже створа Майнской ГЭС также существенно изменился. За счет поступления относительно теплой воды из водохранилища в нижнем бьефе образуется полынья. Ее минимальные размеры в средние по метеоусловиям зимы составляют 100-120 км, и 60 - 65 км -в наиболее суровые. Ледостав в большинстве случаев устанавливается ниже с. Шушенского. За весь период наблюдений (с 1979 г.) ледостав непосредственно в районе Шушенского наблюдался только 1 раз (в феврале 1982 г.). Недельная неравномерность зимних попусков Майнской ГЭС осложняет условия замерзания реки, способствуя подвижкам неустойчивого ледяного покрова и формированию зажоров. Подвижки приводят к дополнительным повышениям
уровня воды на 0,5-1,0 м, при этом наблюдается частичное подтопление хозяйственных объектов. Наиболее опасным участком нижнего бьефа Майнской ГЭС является участок инженерной защиты города Минусинска в районе острова Кузьминский, где расположены водозаборные сооружения города.
После создания Иркутской, Братской, а затем и Усть-Илимской ГЭС в нижних бьефах изменились условия замерзания и вскрытия Ангары, сроки и продолжительность ледовых явлений. Наиболее существенное изменение зимнего режима Ангары на нижнем ее участке произошло после заполнения Усть-Илимского водохранилища. Ледостав стал устанавливаться на 12-27 дней позднее, чем в бытовых условиях. Ледоставные подъемы уровней над минимальными предледоставными горизонтами на участке Кежма-Татарка увеличились по сравнению с бытовыми на 0,3-1,8 м. Ледостав устанавливается с подвижками льда, срывом кромки, повторным шугоходом и ледоходом, зажорами льда. Зажорные явления стали отмечаться у всех пунктов наблюдений в 20-30% случаев, а у с. Татарка - в 45% случаев. Превышения за-жорных уровней над минимальными предледоставными увеличились до 1,6 -3,6 м. В бытовых условиях зажорные явления отмечались редко, а максимальные превышения уровней над предледоставными не превышали 1,7-1,8 м. Максимальные зажорные уровни в отдельные годы являются и максимальными зимними. На участке от Богучан до Каменки в настоящее время наблюдаются зимние наводнения.
3. Элементы зимнего режима реки Енисей зависят от температуры воздуха и воды, сбросов ГЭС, уровней воды, параметров теплообмена водной поверхности с атмосферой. Для нижнего бьефа Красноярской ГЭС эти зависимости могут быть положены в основу методов оперативного краткосрочного прогноза таких характеристик как сроки установления кромки льда, даты подвижек льда, высота подъема уровней воды при ледоставе и подвижках.
В процессе исследований установлены взаимосвязи элементов зимнего режима с гидрометеорологическими, ледово-термическими и гидродинамическими условиями, которые положены в основу краткосрочных прогнозов. Для анализа и прогноза характеристик зимнего режима в нижних бьефах ГЭС использованы данные стандартных многолетних наблюдений гидрометеорологической сети Среднесибирского УГМС и сведения о положении кромки ледостава.
Прогнозы сроков замерзания на Енисее в нижнем бьефе Красноярской ГЭС
Прогностические уравнения для расчета сроков установления ледостава и наступления подвижек льда в пунктах наблюдений получены методом дискриминантного анализа, позволяющим разграничивать возможные ситуации на два класса объектов: если D > 0, то совокупность данных принадлежит к одному классу (например, ледостав); если D <0— то к другому (например, отсутствие ледостава).
По степени влияния сбросов ГЭС Енисей можно разделить на два больших участка: выше и ниже устья Ангары (см. рис.). Выше устья Ангары на зимний режим Енисея оказывают влияние сбросы Красноярской ГЭС, ниже — сбросы воды Красноярской и Усть-Илимской ГЭС.
Для получения прогностических зависимостей использован ряд наблюдений с 1970 по 1990 годы. В качестве предикторов выбраны размеры попусков Красноярской и Усть-Илимской ГЭС и гидрометеорологические характеристики, отражающие теплообмен атмосферы с поверхностью реки (температура и влажность воздуха, скорость ветра, облачность, температура воды Енисея непосредственно ниже плотины).
За обобщенный показатель теплообмена с атмосферой принято расстояние до нулевой изотермы от плотины Красноярской ГЭС (¿.0, км), которое определяется по гидрофизическим зависимостям, изложенным в «Рекомендациях по расчету зажорных явлений» (1977).
Отбор информативных дискриминантных переменных осуществлялся с помощью статистических критериев: коэффициента канонической корреляции, статистики Уилкса, остаточной дисперсии, ^-статистики, толерантности и др. [Боровиков, 2003]. Описание переменных и вид дискриминантных уравнений представлены в табл. 1.
Большое влияние на сроки установления ледостава оказывает характер погоды в предледоставный период, температура воды и расходы воды. На 300-км участке от Красноярской ГЭС (участок Казачинское-Атаманово) скорость перемещения кромки ледостава зависит еще и от длины льдообразую-щего участка.
Заключение о применимости полученных дискриминантных уравнений принимается по результатам проверочных прогнозов. Допустимая погрешность прогноза принята 0±1 сутки [Наставление по службе прогнозов, 1962]. На зависимом материале общую оправдываемость прогноза составляет 86— 91% (оправдываемость отсутствия ледостава - 75-92%, сроков наступления ледостава - 86-92%). Авторская проверка метода, выполненная для этого же участка на независимом материале (1991—2006 гг.), показала общую оправдываемость прогноза 76-88% (оправдываемость отсутствия ледостава - 7078%, сроков наступления ледостава - 82-95%). Точность полученных результатов оценивается на зависимом и независимом материале как хорошая или удовлетворительная.
Прогноз сроков наступления ледостава дается после его установления в пункте, расположенном ниже по течению. Так, прогноз для Ярцево выполняется после установления ледостава в Ворогово; прогноз для Назимово — вслед за его наступлением в Ярцево, и т.д. Заблаговременность прогноза даты наступления ледостава равна заблаговременности прогноза погоды и составляет 3-4 суток.
Прогнозы подвижки льда
После установления ледостава при неустойчивой зимней погоде возможны подвижки льда. В этом случае, наблюдаются дополнительные подъемы уровней воды, нередко сопровождающиеся зимними наводнениями.
Зависимости для прогноза сроков установления ледостава и список используемых предикторов
Пункгг (участок) Вид уравнения
с. Казачинское-с. Атаманово D = 0,08 0,-5+0,05 ви*2+ 0,51 tmx + 0,005(U-Ln) + 1,68
п. Стрелка D = 0,040,-5 + 0,120,, w - 0,0004SQW - 0,06L,¡X -0,07n + 5,02
г. Енисейск D = 0,080,-s + 0,140,1*3 - 0,0006SQ0,17 Lblx -0,20 л + 2,29
с. Назимово D= 0,0260,.s + 0,1670,,+s - 0,0002SQW+ 0,305 („„„ - 0,104 n + 3,097
с. Ярцево D = 0,117 0t.5 + O,175 0u+3 + 0,494 t.M-0,172 n + 1,277
Переменная Описание переменных и обобщенных показателей
0,-5 1-5 Е© 0,_s = -средняя температура воздуха за 5 суток до даты выпуска прогноза
1+2 I® <Э, lt¡ = —^— - средняя температура воздуха за 3 суток после даты выпуска прогноза (включая дату выпуска прогноза)
ви+3 i+í S© Qutl = ' - средняя температура воздуха за 4 суток после даты выпуска прогноза (включая дату выпуска прогноза)
(еых температура воды па выходе ГЭС на дату выпуска прогноза Wr- 0,951+ 1,05, где /-температура воды по водпосту Дивногорск
U-Ln расстояние от створа «нулевой» изотермы L0 до расчетного пункта L„ на дату выпуска прогноза (длина участка ледообразования)
п количество дней, прошедших от даты установления ледостава в нижележащем по течению реки пункте наблюдений до даты выпуска прогноза
< /-Г. + 2 i I-TJ+-2 Sq = _ у Q к + — у q v - сумма средних сбросов Красно- ^ Í-íi 3 i-i, ярской (Q/í) и Усть-Илимской ГЭС (Qy) на ожидаемую дату ледостава (с учетом времени добегания гот ГЭС до расчетного створа) за 3 суток после даты выпуска прогноза (включая дату выпуска прогноза)
SQt,t*¡ ] Í - Г ) + 3 | 1 - Г ; -> 3 SQ г,< + з = 7" £ бл- + — Z,Qy - сумма средних сбросов Крас- /-Г, l-f 1 ноярской ((За) и Усть-Илимской ГЭС (gy) на ожидаемую дату ледостава (с учетом времени добегания гот ГЭС до расчетного створа) за 4 суток после даты выпуска прогноза (включая дату выпуска прогноза)
Примечание. Для с. Казачинское, п.Стрелка, г.Енисейска температура воздуха взята по метеостанции Енисейск, для пм. Предивинск, Павловщина, Атаманово - по метеостанции Красноярск (опытное поле); для с. Назимово и с. Ярцево - по метеостанции Ярцево.
Зависимости для прогноза даты подвижки льда устанавливались рассмотренным выше методом дискриминантного анализа с использованием наиболее значимых предикторов. Ситуации на участке реки делятся на два класса: класс 1 — «подвижка льда» 1), класс 2 — «отсутствие подвижки»
Для получения прогностических зависимостей использован ряд наблюдений с 1970 по 1990 годы. Физико-статистические зависимости для краткосрочного прогноза подвижки льда на участках выше и ниже устья Ангары, а также описание переменных и обобщенных показателей уравнений, представлены в табл. 2. Если результаты расчета по уравнениям дают £>>0 — в расчетном створе прогнозируется подвижка льда; если О < 0 — подвижка льда исключается. Вероятность подвижки льда зависит от характера погодных условий в ледоставный период, изменения характера погоды в период после установления ледостава, температуры воды в реке и от изменения расходов воды.
Заблаговременность прогноза даты подвижки льда равна заблаговременное™ прогноза погоды и составляет 3 суток, допустимая погрешность прогноза ±1 сутки. Общая оправдываемость прогноза даты подвижки льда по полученным уравнениям на обучающем материале составляет 81—91%, на независимом материале 1991—2006 гг. — 85-96%. Точность полученных результатов оценивается на зависимом и независимом материале как хорошая или удовлетворительная.
Прогнозы уровней воды при установлении ледостава
В период установления ледостава уровень воды поднимается тем выше, чем большее количество ледяного материала образуется в пределах полыньи. В нижних бьефах ГЭС на количество льда, формирующего кромку, помимо термического фактора, могут оказывать влияние резкие колебания сбросных расходов воды, обусловленные суточным и недельным регулированием стока.
По рассмотренной выше методике с заблаговременностью 3-4 суток прогнозируется факт установления или отсутствия ледостава. В случае, когда прогнозируется ледостав, одновременно выпускается краткосрочный прогноз ледоставного уровня воды. Он зависит от факторов, определяющих пропускную способность русла. К ним относятся уровни воды на дату выпуска прогноза в расчетном и ниже расположенном пунктах наблюдений, сбросы ГЭС и другие. Прогностические уравнения для пунктов гидрологических наблюдений, учитывающие рассмотренные факторы, получены методом множественной регрессии (табл. 3). При разработке методики прогноза уровней воды при установлении ледостава учтены идеи, изложенные в работах Л.Г. Шуляковского, И.Я. Лисера, В.А. Бузина, Р.В. Донченко, В.Н. Карнови-ча и других авторов.
В уравнения для прогноза входят отдельные предикторы, измеряемые в пунктах гидрометеорологических наблюдений, либо линейные комбинации этих предикторов, так называемые обобщенные параметры водного и ледового режима реки, морфометрических особенностей русла и других факторов,
Зависимости для прогноза подвижки льда и список используемых предикторов
Пункт (участок) | Вид уравнения
с. Казачинское -с. Атаманово D=-0,1050!-} + 0,2170t,м- 0,2 h + 0,201r> -3,25
п. Стрелка D = - 0,0130,-3 + O,150tj*i + 0,000/SQ и - 0,366n + 3,02
г. Енисейск D = - 0,080,-3 + 0,220,,,+2-0,18 tr- 0,0006SQu-0,26n + 3,09
с. Назимово D = - 0,030,-2 + 0,120,1*2+ 0,000ISQu + 0,00tdSQ-0,l6n + 1,24
с. Ярцево D = 0,0350,-2 + 0,0590,.,<2+ 0,001SQld + 0,002dSQ + 0,66 tmx-6,92
Переменная Описание переменных и обобщенных показателей
0,-2 t-2 I® 0,_j = ' ' -средняя температура воздуха за 2 суток до даты выпуска прогноза
0,-i /-1 I® ©,_, = —^— -средняя температура воздуха за 3 суток до даты выпуска прогноза
в,,t4 ®i л! = '2 ' средняя температура воздуха за 2 суток после даты выпуска прогноза (включая дату выпуска прогноза)
0,.,*2 1+2 I© 0и+г = — - средняя температура воздуха за 3 суток после даты выпуска прогноза (включая дату выпуска прогноза)
ь средняя суточная температура воздуха на 2-е сутки после даты выпуска прогноза
tebix температура воды на выходе Красноярской ГЭС на ожидаемую дату подвижки с учетом времени добегания г до расчетного створа teuf 0,95 t + 1,05, где / = /- г,-температура воды по водпосту Дивно-горек
п количество дней, прошедших от даты ледостава в пункте, для которого дается прогноз подвижки льда, до даты выпуска прогноза
SQid SQu-^Qn+^Qy ' сУмма средних сбросов Красноярской (Qu) и Усть-Илимской ГЭС (Qy) на дату установления ледостава в расчетном пункте (с учетом времени добегания г от ГЭС до расчетного створа)
dSQ разность суммарных сбросов Красноярской и Усть-Илимской ГЭС на ожидаемую дату подвижки и на дату ледостава в расчетном пункте dSQ= SQ,.H3 - SQid
Зависимости для прогноза ледоставного уровня и список используемых предикторов
Пункт (участок) Вид уравнения
с. Казачинское Нхк„ = 0,12Н, + 0J44Q,, ,+2 + 160
п. Стрелка Н мк„ = 0.56Н, + 0.057SQ,, ,+2 + 58
г. Енисейск Нм„ = 0,41Н, + 2,93Ndn + 357
с. Назимово Н „Ост = 0,45Н,+ l,09HiEmiceúcK + 108
Переменная Описание переменных и обобщенных показателей
я, уровень воды на дату выпуска прогноза
Ht Енисейск уровень воды на дату выпуска прогноза по водпосту Енисейск
Nd„ количество дней, прошедшее от 31 октября до даты выпуска прогноза
SQ,,„2 1 '"А*2 1 SQ ....а = г L Q* + j I Qy '"' - сумма средних сбросов Красноярской (Qk) и Уегь-Илимской ГЭС (Qy) на дату наступления ожидаемого уровня (с учетом времени добегания гот ГЭС до расчетного створа)
a, .i с = '-'i - средние сбросы Красноярской ГЭС на дату наступления ожидаемого уровня (с учетом времени добегания гот ГЭС до расчетного створа)
влияющих на уровни воды при установлении ледостава. Заблаговременность прогноза 3 суток. Полученные уравнения имеют достаточно высокие Т- статистики и показатели качества прогнозов (Г - статистики равны отношению соответствующего коэффициента регрессии к средней квадратичной ошибке его оценки). Коэффициенты корреляции отобранных уравнений для пунктов Назимово, Енисейск, Стрелка, Казачинское равны 0,80 - 0,94. Допустимая ошибка прогноза 53 - 80 см, критерий качества методики 0,42 - 0,60. За критерий качества методики принято используемое в гидрологических прогнозах отношение средней квадратичной ошибки прогноза к среднему квадратичному отклонению изменения уровня воды за период заблаговременности прогноза. Оценки точности прогноза на зависимом и независимом материале дали положительные результаты. Оправдываемость прогноза на зависимой выборке 80 - 94%, на независимой - 80 - 83%.
Прогнозы уровней воды при подвижке льда
В табл. 4 приведены полученные методом пошаговой регрессии зависимости для прогноза уровня воды при подвижке льда.
В результате пошагового отбора, в уравнения были включены следующие предикторы: уровни воды на дату выпуска прогноза в расчетном и ниже расположенном пунктах наблюдений; сбросы ГЭС; температура воздуха и некоторые другие.
Таблица 4
Зависимости для прогноза уровня при подвижке льда и список используемых предикторов
Пункт Вид уравнения
с. Казачинское Н яЫ* = 0,15Н, + 0,100,3 шх +&,.„}+272
п. Стрелка Н „„,„ =1,19 Ни т„ - 6,94Э- 68,9 /„„,, + 7
г. Енисейск Я„„,,„= 0.84Н, - 8,050,.з-4,20Э,.,+2+ 32
с. Назимово Н„ы*= 0.83Н, + 0,46Н, Е, ш-сы-к + 2,36^„ + 20
Переменная Описание переменных и обобщенных показателей
н, уровень воды на дату выпуска прогноза
Hi Енисейск уровень воды на дату выпуска прогноза по водпосту Енисейск
Hld шах максимальный ледоставный уровень
Nd„ количество дней, прошедшее от 31 октября до даты выпуска прогноза
¡вых температура воды на выходе Красноярской ГЭС на дату наступления ожидаемого уровня с учетом времени добегания г до расчетного створа ? «ых - 0,95 / + 1,05, где / = / — г, — температура воды по водпосту Дивно-горек
а} 1-3 Е® 0,-3=^ ■> -средняя температура воздуха за 3 суток до даты выпуска прогноза
®Н2 /+2 10 -> - средняя температура воздуха за 3 суток после даты выпуска прогноза (включая дату выпуска прогноза)
Qt2 шах максимальные сбросы воды Красноярской ГЭС иа следующие сутки после даты выпуска прогноза (с учетом времени добегания до расчетного пункта)
Заблаговременность прогноза 3 суток. Полученные уравнения имеют высокие показатели качества прогнозов и Т- статистики при коэффициентах регрессии. Оценки точности прогноза на зависимом (1970-1990 гг.) и независимом (1991-2006 гг.) материале дали положительные результаты. Коэффициенты корреляции уравнений для пунктов Назимово, Енисейск, Стрелка, Казачинское равны 0,87 - 0,96, допустимая ошибка 53 - 98 см, критерий качества методик 0,11 - 0,80, оправдываемость прогноза 76 - 100%.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Гидрологический режим Енисея формируется под влиянием совокупности физико-географических условий огромного бассейна. В последние десятилетия его изменения связаны с созданием крупных гидроэлектростанций: Саяно-Шушенской, Майнской и Красноярской на самом Енисее, а также
на наиболее крупном его притоке - Ангаре (Иркутская, Братская и Усть-Илимская ГЭС). Под влиянием регулирования стока на участках нижнего бьефа особенно значительно изменился зимний режим. Для него стали характерными высокие подъемы уровней воды и зимние наводнения.
2. В зарегулированных условиях отмечается увеличение расходов воды в зимний период по сравнению с естественным режимом, понижение температуры воды летом и повышение осенью и зимой. На Енисее восстановление водного, термического и ледового режимов происходит на расстоянии 700800 км от плотины Красноярской ГЭС.
3. По мере приближения к плотине Красноярской ГЭС сроки установления ледостава запаздывают, а на приплотинном участке не только ледяного покрова, но и ледовых явлений практически не наблюдается. В зависимости от погодных условий и режима работы Красноярской ГЭС длина полыньи в разные годы составляет 100-315 км.
4. Со времени ввода в эксплуатацию Красноярской и ряда ГЭС на Ангаре на участке среднего течения Енисея отмечается ежегодное образование зажоров. Образование их происходит намного позднее, чем в бытовом режиме - в декабре - феврале. В начальный период ледостава (первые 5-10 дней) наблюдаются значительные повышения уровней воды, составляющие на участке Ярцево-Назимово 4-8 м, у Енисейска 5-9 м, у Казачинского и на вышерасположенном участке 4-6 м. Особенно высокие подъемы уровней воды, возникающие в периоды подвижек кромки ледяного покрова, вызывают зимние наводнения.
5. Аналогичная картина наблюдается ниже плотины Майнской ГЭС на Енисее и ГЭС на Ангаре. И здесь образуются полыньи, при подвижках кромки ледостава возникают зажоры, и, как следствие, высокие подъемы уровней воды.
6. Для зарегулированных участков Енисея достаточно надежные методики прогноза высоких уровней воды, вызванных заторно-зажорными явлениями, ранее не разрабатывались. Между тем для планирования безопасных попусков ГЭС в зимний период и предупреждения о возможных наводнениях необходимы надежные прогнозы характеристик зимнего режима реки. На основе данных стандартных многолетних наблюдений гидрометеорологической сети Среднесибирского УГМС и сведений о положении кромки ледостава, автором разработаны методы и технология оперативного краткосрочного прогноза сроков установления ледостава, подвижек льда и уровней воды при этих явлениях в нижнем бьефе Красноярской ГЭС. В их основу положены взаимосвязи элементов зимнего режима реки с гидрометеорологическими, ледово-термическими и гидродинамическими условиями,
7. Прогностические уравнения для расчета сроков установления ледостава, подвижек льда и подъема уровней воды при этих явлениях получены методами дискриминантного анализа и множественной регрессии. В уравнения для прогноза входят отдельные предикторы, измеряемые в пунктах гидрометеорологических наблюдений, либо линейные комбинации этих предикторов, характеризующие условия формирования предсказываемых явлений.
Качество разработанных методов оценивается по принятой в Росгидромете методике на зависимом и независимом материале как хорошее или удовлетворительное.
Разработанные технологии внедрены в отделе гидрологических прогнозов Красноярского Гидрометцентра и используются на практике в качестве основных расчетных методов.
Список публикаций по теме диссертационной работы:
1. Прогноз элементов зимнего режима реки Енисей на участках перемещения кромки ледостава в нижних бьефах Красноярской и Усть-Илимской ГЭС // Гидрометеорология Сибири. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. - Вып. 103. -С.135-144 (соавтор Бураков Д.А.).
2. Исследование и прогнозы высоких заторно-зажорных уровней воды на реке Енисей в зарегулированных условиях // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. - Красноярск, 2001. - Вып.З. - С.65-69 (соавтор Бураков Д.А.).
3. Прогноз сроков установления ледостава на зарегулированном участке реки Енисей ниже плотины Красноярской ГЭС // Природно-техногенная безопасность Сибири. - Красноярск, 2001. - Т. 1. - С. 167-168 (соавтор Бураков Д.А.).
4. Ледовый режим и заторы льда на Енисее в нижнем бьефе Красноярской ГЭС // География на службе науки, практики и образования . Материалы VII научно-практической и методической конференции, посвященной 100-летию Красноярского отдела РГО. - Красноярск, 2001. - С. 108 (соавторы Бураков Д.А., Кореньков В.А. и др.).
5. Проблемы паводков и затоплений. Безопасность России. Региональные проблемы безопасности. Красноярский край. - М.: МГФ «Знание», 2001. - С.123-136,159-162 (соавторы Кореньков В.А., Бураков Д.А., Младенцева Л.А.).
6. Проблемы вредного воздействия паводковых вод на территории Красноярского края // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. - Красноярск, 2003. - Вып. 4. - С. 130-135 (соавтор Кореньков В.А.).
7. Прогноз элементов ледового режима реки Енисей в нижних бьефах высоконапорных ГЭС II Гидрофизические явления и процессы. Формирование и изменчивость речного стока, гидрологические и водохозяйственные расчеты: Доклады VI Всероссийского гидрологического съезда. - М. - 2006. - С.114-118.
8. Зимние наводнения на реке Енисее в нижних бьефах ГЭС и их прогноз // Социально-экологические проблемы природопользования в Центральной Сибири. - Красноярск, 2006. - С. 255-258.
9. Зажорные явления на реке Енисей и методы их прогнозирования с целью повышения эффективности управления водными ресурсами водохранилищ // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. - Красноярск: КНИИиМС, 2006. - Вып.8. - С. 26-29.
10. Прогноз элементов ледового режима р. Енисей в осенне-зимний период в нижних бьефах высоконапорных ГЭС // Метеорология и гидрология. -2008. - № 5. - С. 93-102 (соавторы Бураков Д.А., Ромасько В.Ю.).
Подписано к печати 02.04.2009 г. Формат 60*84/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 120 экз. Заказ № 438. Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН 664033 г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1
Содержание диссертации, кандидата географических наук, Ковшова, Елизавета Петровна
Введение
1. Физико-географическая характеристика бассейна Енисея
1.1. Геологическое строение
1.2. Рельеф и особенности ландшафтов
1.3. Почвы
1.4. Растительность
1.5. Климатические условия
1.6. Краткая гидрографическая характеристика
1.7. Выводы
2. Характеристика элементов гидрологического режима Енисея 38 в естественных условиях
2.1. Водный режим
2.1.1. Питание реки
2.1.2. Внутригодовое распределение стока
2.1.3. Режим уровней воды до строительства ГЭС
2.2. Термический режим
2.3. Режим замерзания реки
2.3.1. Сроки установления ледостава
2.3.2. Уровенный режим в период установления ледостава
2.4. Выводы
3. Изменение ледово-термического режима рек Енисея и Ангары 54 в зарегулированных условиях
3.1. Зимний режим реки Енисея в нижнем бьефе Красноярской 54 ГЭС
3.1.1. Характеристика гидроузла
3.1.2. История исследований нижнего бьефа
3.1.3. Изменение водного режима в результате регулирования стока 55 Красноярской ГЭС
3.1.4. Температура воды в нижнем бьефе
3.1.5. Образование ледостава
3.1.6. Полынья
3.1.7. Режим перемещения кромки ледостава
3.1.7.1. Подвижки льда
3.1.7.2. Общая схема образования зажоров
3.1.7.3. Значения Кзим в зарегулированных условиях при 72 эксплуатации ГЭС
3.1.8. Образование зажоров льда на Енисее в зарегулированных 78 условиях
3.1.9. Места образования зажоров на Енисее. Сведения об участках
3.2. Зимний режим Енисея в нижнем бьефе Саяно-Шушенской 81 ГЭС
3.3. Зимний режим реки Ангары в нижнем бьефе Усть-Илимской 88 ГЭС
3.3.1. Зимний режим Ангары в бытовых условиях
3.3.2. Зимний режим Ангары после ввода Братской ГЭС
3.3.3. Зимний режим Ангары после ввода Усть-Илимской ГЭС
3.4. Выводы
4. Краткий обзор методов расчета и прогноза характеристик зимнего 105 режима рек
5. Физико-статистические зависимости для прогноза элементов зимнего 116 режима реки Енисей на участках перемещения кромки ледостава в нижнем бьефе Красноярской ГЭС
5.1. Исходная информация
5.2. Прогнозы сроков замерзания на Енисее
5.3. Прогнозы подвижки льда
5.4. Прогнозы уровней воды при установлении ледостава
5.5. Прогнозы уровней воды при подвижке льда
5.6. Схема выпуска прогноза
5.7. Выводы 141 Заключение 143 С писок литературы 145 Приложения
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и прогноз элементов ледового режима реки Енисей в осенне-зимний период в нижнем бьефе Красноярской ГЭС"
Актуальность работы. Саяно-Шушенская, Майнская, Красноярская, Иркутская, Братская и Усть-Илимская ГЭС, созданные в речной системе Енисея и Ангары, представляют собой уникальные искусственные сооружения, нарушившие естественный гидрологический режим, изменившие мор-фометрические и гидравлические характеристики верхних и нижних бьефов. Изменились динамика процессов замерзания и вскрытия рек, сроки и продолжительность ледовых явлений.
Создание крупнейших в мире гидроэлектростанций на Енисее и Ангаре поставило на повестку дня проблему эффективного комплексного управления водными ресурсами водохранилищ Ангаро-Енисейского каскада с учетом требований гидроэнергетики, судоходства, водоснабжения, рыбного хозяйства, охраны природы. При водохозяйственном использовании рек существенное значение имеет правильный учет их ледового режима.
В зимний период в нижних бьефах созданных ГЭС образуются незамерзающие полыньи. Наиболее протяженная полынья устанавливается на Енисее ниже плотины Красноярской ГЭС. В суровые зимы минимальная ее длина в феврале составляет 100 км, тогда как в теплые зимы увеличивается до 315 км.
Скачкообразные изменения длины полыньи наступают при подвижках кромки ледостава. Подвижки кромки ледостава вызывают резкие подъемы уровней воды. Связанные с ними подтопления и наводнения приводят к значительным ущербам. Подвижки кромки ледостава характерны для начального периода замерзания реки в условиях нестабильного режима погоды и сбросов ГЭС.
Современные физико-математические модели формирования ледяного покрова в нижних бьефах гидроэлектростанций позволяют рассчитать длину полыньи и динамику ее колебаний, что важно для прогноза изменений зимнего режима вновь проектируемых ГЭС. Однако они не решают задачу прогноза подъемов уровней воды при подвижках кромки ледостава.
Для планирования безопасных попусков ГЭС в зимний период и предупреждения о возможных наводнениях необходимы прогнозы характеристик зимнего режима реки в нижних бьефах гидроэлектростанций. Таким образом, актуальность постановки и попытка решения этой задачи проявляются как в теоретическом, так и практическом аспектах проблемы.
Правительство РФ распоряжением от 22.02.2008 № 215-р утвердило «Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики на период до 2020 года». Согласно генеральной схеме, на Енисее и его основных притоках планируется размещение ряда высоконапорных ГЭС: Эвенкийской ГЭС на Нижней Тунгуске, Нижне-Богучанской и Мотыгинской ГЭС на Ангаре. Энергетическое строительство приведет к дальнейшим изменениям элементов осенне-зимнего режима зарегулированных рек. Основные положения диссертационной работы могут быть учтены как при подготовке правил использования проектируемых водохранилищ, так и при корректировке действующих «Основных положений правил использования водных ресурсов Красноярского водохранилища на р. Енисей» и «Основных правил использования водных ресурсов водохранилищ Ангарского каскада ГЭС».
Объекты исследования — бассейн Енисея в нижних бьефах Саяно-Шушенской, Майнской и Красноярской ГЭС; бассейн Ангары в нижнем бьефе Усть-Илимской ГЭС.
Целью работы является комплексное гидролого-географическое исследование зимнего режима и разработка на этой основе методов оперативного краткосрочного прогноза сроков установления ледостава, подвижек льда и подъемов уровней воды на примере участка р. Енисей в нижнем бьефе Красноярской ГЭС.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• создание электронного архива исходных данных для рассматриваемых участков речной системы Енисея и Ангары в створах наблюдений (уровни воды, расходы воды, температура воды, ледовые явления, положение кромки ледостава, температура воздуха, скорость ветра, относительная влажность воздуха, общая и нижняя облачность);
• выявление закономерностей формирования зажорно-заторных явлений на участках Енисея и Ангары в зависимости от погодных условий, водного режима и регулирования Красноярской и Усть-Илимской ГЭС;
• выявление закономерностей срыва кромки льда (подвижек льда) при установлении ледостава;
• типизация ситуаций при установлении ледостава в системе «погода-попуски ГЭС - ледовый и уровенный режим нижнего бьефа» с применением аппарата дискриминантного анализа;
• выявление факторов, определяющих величину максимального подъема уровней воды при заторно-зажорных явлениях и разработка прогностических регрессионных уравнений;
• поиск и оценка взаимосвязей элементов зимнего режима (сроков установления ледостава, подвижек льда и подъемов уровней воды) с гидрометеорологическими, ледово-термическими и гидродинамическими факторами.
Методическая основа исследования:
• комплексный гидролого-географический анализ;
• гидрофизические методы и расчеты (теплообмен водной поверхности с атмосферой; расстояние до нулевой изотермы; расходы шуги и др.);
• статистические приемы выявления прогностических зависимостей по данным многолетних гидрометеорологических наблюдений.
В основу исследования положен макрогенетический подход, обеспечивающий возможность разработки методов прогноза, реализуемых в условиях 6 ограниченной гидрометеорологической информации. В работе использовались статистические и графические программные средства обработки информации.
Исходные данные. Работа основана на материалах стандартных многолетних наблюдений гидрометеорологической сети Среднесибирского УГМС, а также информации о положении кромки ледостава за многолетний период с 1970 по 2006 гг., полученной в оперативном режиме от работников службы гидрологических постов, от администраций районов, а за последние годы- с использованием регулярно поступающей информации спутника TERRA.
Научная новизна.
1. Выявлены основные закономерности осенне-зимнего ледового режима и связанные с ними зимние подъемы уровней воды в нижних бьефах ГЭС на Енисее и Ангаре.
2. Впервые для Енисея и Ангары выполнены комплексные систематические исследования динамики кромки ледостава, образования зажоров льда, изучены места их возникновения, как при естественном режиме, так и в зарегулированных условиях.
3. Разработана единая система физико-статистических зависимостей для прогноза нестационарного перемещения кромки ледостава, подвижек льда и колебаний уровней воды в нижнем бьефе Красноярской ГЭС с применением дискриминантного анализа и регрессионных моделей.
Основные положения диссертации, являющиеся предметом защиты.
1. Строительство системы высоконапорных ГЭС (на Енисее и Ангаре) привело к многообразным существенным изменениям зимнего режима реки Енисей. Сравнительный географический анализ этого режима в периоды до и после создания ГЭС позволил сформировать теоретическую основу для понимания генезиса процессов замерзания реки в зарегулированных условиях и выявить особую активность развития ледовых процессов в приплотинных участках нижнего бьефа.
2. В нижних бьефах Енисейских и Ангарских ГЭС заметно возросла частота образования зажоров льда и подъема уровней воды, образовались обусловленные специфическими факторами постоянно существующие полыньи с резкими изменениями их длины (в результате подвижек льда) и зимними наводнениями.
3. Элементы зимнего режима реки Енисей зависят от температуры воздуха и воды, сбросов ГЭС, уровней воды, параметров теплообмена водной поверхности с атмосферой. Для нижнего бьефа Красноярской ГЭС эти зависимости могут быть положены в основу методов оперативного краткосрочного прогноза таких характеристик как сроки установления кромки льда, даты подвижек льда, высота подъема уровней воды при ледоставе и подвижках.
Практическая значимость.
Диссертация подводит итог исследований, проводимых автором по планам Росгидромета в 1991-1996 гг. (темы № 1.9.2.20 «Разработать метод прогноза высоких заторно-зажорных уровней на участках р. Енисей и на р. Ангара ниже Богучанской ГЭС»; 1.9.2.15 «Прогноз сроков установления кромки ледостава и подвижек льда р.Енисей в нижнем бьефе Красноярской ГЭС»; 1.9.2.10 «Разработать методы прогнозов элементов зимнего режима рек Ангары и Енисея на участках перемещения кромки ледостава в нижних бьефах ГЭС»; в 2000 г. - по договору с Главным управлением по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям администрации Красноярского края «Разработка методики прогноза уровней воды, вызванных заторными (зажорными) наводнениями в районе населенного пункта Ворогово»; в 2007 г. - по договору № 016-02-07 с ЗАО «Богучанская ГЭС «Оценка воздействия на окружающую среду Богучанской ГЭС (БоГЭС) на реке Ангара». Работа выполнялась в Красноярском филиале Сибирского регионального научно-исследовательского гидрометеорологического института, в научно-исследовательском центре Красноярского УГМС, государственном учреждении Красноярский ЦГМС-Р.
Разработанные методы краткосрочных прогнозов дат установления ледостава и подвижек льда внедрены в практику и используются в качестве основных в отделе гидрологических прогнозов Среднесибирского УГМС (решение технического семинара Красноярского ГМЦ от 25.12.1996 г.). Прогноз рассчитывается на персональном компьютере по специально разработанным для пользователя программам.
Прогнозы позволяют своевременно предупреждать о возможных наводнениях и используются для назначения оптимальных режимов работа Ан-гаро-Енисейского каскада ГЭС в осенне-зимний период.
Результаты выполненных исследований найдут применение при разработке новых «Правил использования водных ресурсов Ангаро-Енисейского каскада ГЭС», отвечающих требованиям безопасного проживания населения и выработки электрической энергии.
Учет сложных ледовых явлений позволит предотвратить или снизить ущерб от водной стихии за счет заблаговременной подготовки мероприятий по защите населения, населенных пунктов и хозяйственных объектов, за счет обоснованного планирования режимов ГЭС.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на техническом семинаре Красноярского ГМЦ (1996); на VI Международной конференции «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск, 2001); на VII научно-практической и методической конференции, посвященной 100-летию Красноярского отдела РГО «География на службе науки, практики и образования» (Красноярск, 2001); на VI Всероссийском гидрологическом съезде (Санкт-Петербург, 2004), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Социально-экологические проблемы природопользования в Центральной Сибири» (Красноярск, 2006), на кафедре природообустройства института землеустройства, кадастров и при-родообустройства Красноярского государственного аграрного университета (2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в которых с достаточной полнотой отражены основные положения диссертационного исследования.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы, пяти приложений. Основной текст изложен на 169 страницах машинописного текста, включает 43 таблицы и 17 рисунков. Список литературы содержит 118 источников.
Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Ковшова, Елизавета Петровна
5.7. Выводы
1. Для планирования безопасных попусков ГЭС в зимний период и предупреждения о возможных наводнениях необходимы прогнозы характеристик зимнего режима реки в нижних бьефах гидроэлектростанций.
2. В основу методики оперативного краткосрочного прогноза сроков установления ледостава, подвижек льда и уровней воды при этих явлениях положены анализ и обобщение результатов отечественных и зарубежных исследований зимнего режима рек и данные многолетних наблюдений Среднесибирского УГМС.
3. Использование в последние годы материалов спутникового мониторинга повышает точность определения положения кромки ледостава.
4. Зависимости для краткосрочных прогнозов элементов зимнего режима учитывают их взаимосвязи с гидрометеорологическими, ледово-термическими и гидродинамическими условиями. В уравнения для прогноза входят отдельные предикторы, измеряемые в пунктах гидрометеорологических наблюдений, либо линейные комбинации этих предикторов (обобщенные параметры), характеризующие условия формирования предсказываемых явлений.
5. Прогностические уравнения для расчета сроков установления ледостава и наступления подвижек льда получены методом дискриминантного анализа- Уравнения для прогноза уровней воды при этих явлениях получены методом множественной регрессии.
6. Точность результатов прогноза оценивается на зависимом и независимом материале как хорошая или удовлетворительная.
7. Разработанные технологии краткосрочных прогнозов элементов зимнего режима р. Енисей в нижнем бьефе Красноярской ГЭС внедрены в отделе гидрологических прогнозов Красноярского Гидрометцентра. Они успешно используются на практике в качестве основных расчетных методов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе выполнен анализ закономерностей осенне-зимнего режима рек Енисей и Ангара в естественных и зарегулированных условиях, и на этой основе разработаны физико-статистические зависимости для прогноза перемещения кромки ледостава, подвижек льда и колебаний уровней воды на Енисее в нижнем бьефе Красноярской ГЭС. Основные выводы и результаты работы заключаются в следующем.
1. Гидрологический режим Енисея формируется под влиянием совокупности физико-географических условий огромного бассейна. В последние десятилетия его изменения связаны с созданием крупных гидроэлектростанций: Саяно-Шушенской, Майнской и Красноярской на самом Енисее, а также на наиболее крупном его притоке - Ангаре (Иркутская, Братская и Усть-Илимская ГЭС). Под влиянием регулирования стока на участках нижнего бьефа особенно значительно изменился зимний режим. Для него стали характерными высокие подъемы уровней воды и зимние наводнения.
2. В зарегулированных условиях отмечается увеличение расходов воды в зимний период по сравнению с естественным режимом, понижение температуры воды летом и повышение осенью и зимой. На Енисее восстановление водного, термического и ледового режимов происходит на расстоянии 700-800 км от плотины Красноярской ГЭС.
3. По мере приближения к плотине Красноярской ГЭС сроки установления ледостава запаздывают, а на приплотинном участке не только ледяного покрова, но и ледовых явлений практически не наблюдается. В зависимости от погодных условий и режима работы Красноярской ГЭС длина полыньи в разные годы составляет 100—315 км.
4. Со времени ввода в эксплуатацию Красноярской и ряда ГЭС на Ангаре, на участке среднего течения Енисея отмечается ежегодное образование зажоров. Образование их происходит намного позднее, чем в бытовом режиме - в декабре - феврале. В начальный период ледостава (первые 5-10 дней) наблюдаются значительные повышения уровней воды, составляющие на участке Ярцево-Назимово 4-8 м, у Енисейска 5-9 м, у Казачинского и на вышерасположенном участке 4-6 м. Особенно высокие подъемы уровней воды, возникающие в периоды подвижек кромки ледяного покрова, вызывают зимние наводнения.
5. Аналогичная картина наблюдается ниже плотины Майнской ГЭС на Енисее и ГЭС на Ангаре. И здесь образуются полыньи, при подвижках кромки ледостава возникают зажоры, и, как следствие, высокие подъемы уровней воды.
6. Для зарегулированных участков Енисея методики прогноза высоких уровней воды, вызванных заторно-зажорными явлениями, ранее не разрабатывались. Между тем для планирования безопасных попусков ГЭС в зимний период и предупреждения о возможных наводнениях необходимы прогнозы характеристик зимнего режима реки. На основе данных стандартных многолетних наблюдений гидрометеорологической сети Среднесибирского УГМС и сведений о положении кромки ледостава, автором разработаны методы и технология оперативного краткосрочного прогноза сроков установления ледостава, подвижек льда и уровней воды при этих явлениях в нижнем бьефе Красноярской ГЭС. В их основу положены взаимосвязи элементов зимнего режима реки с гидрометеорологическими, ледово-термическими и гидродинамическими условиями.
7. Прогностические уравнения для расчета сроков установления ледостава, подвижек льда и подъема уровней воды при этих явлениях получены методами дискриминантного анализа и множественной регрессии. В уравнения для прогноза входят отдельные предикторы, измеряемые в пунктах гидрометеорологических наблюдений, либо линейные комбинации этих предикторов, характеризующие условия формирования предсказываемых явлений. Качество разработанных методов оценивается по принятой в Росгидромете методике на зависимом и независимом материале как хорошее или удовлетворительное.
Разработанные технологии внедрены в отделе гидрологических прогнозов Красноярского Гидрометцентра и используются на практике в качестве основных расчетных методов.
Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Ковшова, Елизавета Петровна, Иркутск
1. Абраменков Н.М., Агалыдева Н.А. Численное моделирование в ледотермических исследованиях // Тезисы докладов 5-го Всесоюзного гидрологического съезда. Секция гидрологических прогнозов. JL: Гидрометеоиздат, 1986.-С.45-46.
2. Анисимов О. А. Последствия изменений климата в регионах криолитозоны северного полушария. Изменения климата и их последствия. СПб.: Наука, 2002. - С. 232-350.
3. Атлас СССР. М.: Роскартография, 1986. - С. 86-120.
4. Белолипецкий В.М. и др. Исследование гидротермического режима нижнего бьефа Красноярской ГЭС. Красноярск: СО АН СССР, 1986. -32 с.
5. Белолипецкий В.М., Туговиков В.Б. Математическое моделирование динамики кромки ледяного покрова в нижнем бьефе Красноярской ГЭС // Метеорология и гидрология. 1990. - № 9.- С. 94-100.
6. Берденников В. П. Методика исследований зажорных явлений // Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1956. - Вып. 55. - С. 94-121.
7. Берденников В.П. Расчет некоторых элементов зажоров на pp. Ангара и Енисей // Труды ГГИ. JL: Гидрометеоиздат, 1958. - Вып. 65.-С. 100-121.
8. Берденников В.П. Условия шугохода в зоне кромки льда при формировании зажора // Труды ГГИ. JL: Гидрометеоиздат, 1962. -Вып. 93.-С. 24-39.
9. Берденников В.П. Динамические условия формирования зажоров и заторов // Труды ГГИ. JL: Гидрометеоиздат, 1964. - Вып. 110. -С. 3-12.
10. Берденников В.П. Физические характеристики льда заторов и зажоров // Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. - Вып. 129.- С. 19-43.
11. Бефани Н.Ф., Калинин Г.П. Упражнения и методические разработки по гидрометеорологическим прогнозам. Д.: Гидрометеоиздат, 1983. -389 с.
12. Близняк Е.В. Река Енисей от Красноярска до Енисейска. Зимнее состояние реки. СПб, 1916. - Ч. II: - 79 с.
13. Бузин В.А. Факторы, определяющие максимальный заторный уровень воды // Труды ГГИ. Д.: Гидрометеоиздат, 1980. - Вып. 270. - С. 33-39.
14. Бузин В.А., Чачина Н.С., Шаночкин С.В. Прогнозы максимальных зажорных и заторных уровней воды рек Северной и Западной Двины // Труды ГГИ. Д.: Гидрометеоиздат, 1986. - Вып. 323. - С. 19-27.
15. Бузин В.А. Методы прогнозов зажорных и заторных явлений // Труды V Всесоюзного гидрологического съезда. Д.: Гидрометеоиздат, 1989. -Т. 7.-С. 312-319.
16. Бузин В.А. Методы прогноза зажорных и заторных уровней воды: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -СПб, 1995.
17. Бузин В.А. Заторы льда и заторные наводнения на реках. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004.- 204 с.
18. Бураков Д.А., Ковшова Е.П. Прогноз элементов зимнего режима реки Енисей на участках перемещения кромки ледостава в нижних бьефах Красноярской и Усть-Илимской ГЭС // Гидрометеорология Сибири. -СПб.: Гидрометеоиздат, 2000.- Вып. 103. С. 135-144.
19. Бураков Д.А. и др. Разработка методики прогноза уровней воды, вызванных заторными (зажорными) наводнениями в районе населенного пункта Ворогово: заключительный отчет. Красноярск: Среднесибирское УГМС, 2000. - 120 с.
20. Бураков Д.А., Ковшова Е.П. Исследование и прогнозы высоких заторно-зажорных уровней воды на реке Енисей в зарегулированных условиях // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. — Красноярск.- 2001. Вып. 3. - С. 65-69.
21. Бураков Д.А., Ковшова Е.П. Прогноз сроков установления ледостава на зарегулированном участке реки Енисей ниже плотины Красноярской ГЭС // Природно-техногенная безопасность Сибири.- Красноярск. — 2001. Т. 1.-С. 167-168.
22. Бураков Д.А., Ковшова Е.П., Ромасько В.Ю. Прогноз элементов ледового режима р. Енисей в осенне-зимний период в нижних бьефах высоконапорных ГЭС // Метеорология и гидрология. — 2008. № 5. -С. 93-102.
23. Василисков И.А., Готлиб Я.Л., Займин Е.Е., Смолин Н.И. Изучение зимнего режима рек при гидроэнергетических изысканиях. Л.: Энергоиздат, 1962. - 200 с.
24. Готлиб Я.Л. и др. Ледотермика Ангары. Л.: Гидрометеоиздат, 1964. -196 с.
25. Готлиб Я.Л., Горина М.В., Худякова А.И. Особенности термического режима бьефов в период наполнения водохранилища Усть-Илимской ГЭС // Гидротехническое строительство. 1978. - № 2, - С. 4-6.
26. Готлиб Я.Л., Горина М.В., Худякова А.И. Ледовые условия нижнего бьефа Усть-Илимской ГЭС в связи со строительством Богучанской ГЭС // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л. 1979.-С. 13-16.
27. Готлиб Я.Л. и др. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС // Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 199 с.
28. Готлиб Я.Л., Горина М.В., Худякова А.И. Ледотермические условия бьефов Усть-Илимской ГЭС // Гидротехническое строительство. -1983. -№ 2. -С. 29-31.
29. Григорьев Ю.А., Сокольников Н.М. Ледотермический режим водохранилища в первые годы эксплуатации Красноярской ГЭС // Гидротехническое строительство. 1973. - № 10. - С. 30-32.
30. Донченко Р.В. Исследования и расчеты процессов замерзания участков зарегулированных рек // Труды Координационных совещаний по гидротехнике. Л., 1968. Вып. 39. - С. 401- 408.
31. Донченко Р.В. Закономерность формирования зажоров льда в нижних бьефах ГЭС // Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - Вып. 219. -С. 56-72.
32. Донченко Р.В. Условия образования заторов льда в нижних бьефах // Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.-Вып. 227. - С. 31-45.
33. Донченко Р.В. и др. Исследования и расчеты интенсивности шугообразования и зажорных явлений на зарегулированных участках рек // Труды IV Гидрологического съезда. 1976: - Т. 6. - С. 351-360.
34. Донченко Р.В. Модель процесса замерзания рек // Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - Вып.270. - С. 3-11.
35. Донченко Р.В. Оценка максимальных зажорных и заторных подъемов уровней воды // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л.: Энергоатомиздат, 1984. - С. 284-285.
36. Донченко Р.В., Щеголева Е.В., Коробко А.С. Закономерности формирования и распространения зажоров льда на реках СССР // Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - Вып. 309. - С. 3-15.
37. Донченко Р.В. Методы расчета зажорных и заторных уровней воды на зарегулированных участках рек // Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.- Вып. 323.-С. 3-18.
38. Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. -С. 229-232.
39. Донченко Р.В. Исследования, расчеты и прогнозы зажоров и заторов // Труды V Всесоюзного гидрологического съезда —Л.: Гидрометеоиздат, 1989.-Т. 7.- С. 267-277.
40. Донченко Р.В., Киселев А.А., Филиппов A.M. Натурные исследования и расчеты зажоров и заторов льда // Труды V Всесоюзного гидрологического съезда. Д.: Гидрометеоиздат, 1989. - Т. 7. -С. 291-297.
41. Ершова JI.M. О влиянии ГЭС на водность и ледотермический режим реки Енисей // Труды СибНИИГиМ. Красноярск, 1977. - № 3. -С. 11-14.
42. Естифеев А. М., Соколов И. Н. Процессы зажорообразования на реках и водохранилищах и методы их регулирования // Труды Координационных совещаний по гидротехнике. JL: Энергия, 1970. -Вып. 56. С. 36-53.
43. Карнович В.Н. Влияние интенсивности подъема уровня воды на процесс заторообразования и возможность прогноза максимальных заторных уровней на Днестре // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Д.: Энергия, 1970. Вып. 56. - С. 115-122.
44. Карнович В.Н. Физическая модель образования ледяных заторов на реках и водохранилищах ГЭС // Известия ВНИИГ. Д.: Энергоатомиздат, 1984. - Т. 175. - С. 100-105.
45. Карнович В.Н., Сурикова Ж.Н., Севастьянова Н.В. Прогноз максимальных уровней воды при зажорах льда на р. Неве // Метеорология и гидрология. 1984. - № 12. - С. 111-113.
46. Карнович В.Н. Метод прогноза максимальных уровней воды при заторах льда // Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 93-96.
47. Каталог заторных и зажорных участков рек СССР: Азиатская часть СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - Т. 2. - С. 195-196.
48. Кильмянинов В.В. Анализ условий формирования и долгосрочный прогноз заторных уровней на Лене // Метеорология и гидрология.-1992.-№4. С. 82-89.
49. Кильмянинов В.В. Влияние температуры воздуха на формирование, разрушение заторов льда и заторные уровни на р. Лена у г. Ленек // Метеорология и гидрология. 2001. - № 4. С. 69-77.
50. Кильмянинов В.В. О роли водности в период заторообразования при формировании максимальных уровней воды на р. Лена у г. Ленек // Метеорология и гидрология.- 2002. № 9. С. 71-74.
51. Ковшова Е.П. Зимние наводнения на реке Енисее в нижних бьефах ГЭС и их прогноз // Социально-экологические проблемы природопользования в Центральной Сибири. Красноярск, 2006. -С. 255-258.
52. Кореньков В.А. Москалец В.Ф. Натурные исследования ледотермического режима в бьефах Красноярской ГЭС // Экологические исследования водоемов Красноярского края. Красноярск, 1983. С. 51-57.
53. Кореньков В.А. Основные результаты натурных исследований температурного режима в бьефах Красноярской ГЭС и возможные пути решения проблем в. нижнем бьефе // Можно ли заморозить Енисей. Красноярск, 1994. - С. 7-33.
54. Кореньков В.А., Ковшова Е.П., Бураков Д.А., Младенцева J1.A. Проблемы паводков и затоплений. Безопасность России. Региональные проблемы безопасности. Красноярский край». М.: МГФ «Знание», 2001.-С. 123-136, 159-162.
55. Кореньков В.А., Ковшова Е.П. Проблемы вредного воздействия паводковых вод на территории Красноярского края // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. — Красноярск, 2003. Вып. 4. - С. 130-135.
56. Корытный JI.M. Реки Красноярского края. Красноярск: Красноярское книжное изд-во, 1991. - 157 с.
57. Космаков И.В. Термический режим Красноярского водохранилища // Географические проблемы при перераспределении природных ресурсов Сибири. Новосибирск: Наука, 1982. - С. 159-164.
58. Космаков И.В., Крицкий В.А. и др. Особенности гидрологического режима Красноярского и Саяно-Шушенского водохранилищ. Формирование берегов Ангаро-Енисейских водохранилищ. Новосибирск, 1988. С. 5-22.
59. Космаков И.В. Термический и ледовый режим в верхних и нижних бьефах высоконапорных гидроэлектростанций на Енисее. Красноярск, 2001, 142 с.
60. Крицкий С. П., Менкель М. Ф., Россинский К.И. Зимний термический режим водохранилищ, рек и каналов. М.: Госэнергоиздат, 1947. -186 с.
61. Кузьмин П.П. Тепловой баланс реки в период ее охлаждения // Метеорология и гидрология. 1946. - № 5. - С. 68-75.
62. Лисер И .Я. Заторы льда и борьба с ними. Методы борьбы с ледовыми затруднениями на гидростанциях Сибири. Новосибирск: СО АН СССР, 1965.-С. 23-37.
63. Лисер И.Я. Весенние заторы льда на реках Сибири. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 104 с.
64. Лисер И.Я. О заторном и беззаторном характере замерзания рек // Метеорология и гидрология. 1975. - № 4. - С. 77-83.
65. Лисер И.Я. О зависимостях для прогноза максимальных заторных (ледоходных) уровней воды при вскрытии сибирских рек // Метеорология и гидрология. 1981.- № 11. - С. 83-87.
66. Ляпин В.Е., Трегуб Г.А., Разговорова Е.Л. Ледотермический режим нижних бьефов ГЭС и влияние на него тепловых стоков // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах.- М. 1985. -С. 263-269.
67. Методические указания: Расчет испарения с почвы, воды и снега. Л.: Гидрометеоиздат, 1961.- 28 с.
68. Методические указания по борьбе с заторами и зажорами льда. Л.: Энергоиздат, 1970. 125 с.
69. Методические рекомендации по организации и проведению наблюдений за зажорно-заторными явлениями в нижних бьефах ГЭС. Л.: Гидрометеоиздат, 1971.-25 с.
70. Милашевич В.А. Расчет наступления кромки ледяного покрова в нижних бьефах водохранилищ // Метеорология и гидрология. — 1971.-№ 12.-С. 59-64.
71. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Красноярский край. Тувинская АССР. Многолетние данные. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - Серия 3, книга 1. - 623 с.
72. Назаренко С.Н., Кожевникова Т.Е., Сулимова Л.И. Опытпрогнозирования элементов ледотермического режима нижних бьефов ГЭС // Гидротехническое строительство.- 1980. № 9. - С. 40-43.
73. Наставление по службе прогнозов: Прогнозы режима вод суши. — Л.: Гидрометеоиздат, 1962. Ч. 1, разд.З. - 193 с.
74. Нежиховский Р.А. Расчеты и прогнозы стока шуги и льда в период замерзания рек // Труды ГГИ. 1963.- Вып. 103. С. 3-40.
75. Нежиховский Р.А., Бузин В.А. Условия образования и прогнозы льда на реках // Метеорология и гидрология. 1977.- № 5. - С. 70-75.
76. Одрова Т.В. Изменение ледово-термического режима Енисея в результате гидротехнического строительства // Водные ресурсы. 1977. - № 1.-С. 178-184.
77. Одрова Т.В. Гидрофизика водоемов суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. -С. 116-139.
78. Пехович А.И., Трегуб Г.А. Расчет шугообразования и движения кромки ледяного покрова в нижних бьефах ГЭС // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1980. Т. 143. - С. 8-91.
79. Пехович А.И. Основы гидроледотермики. Л.: Энергоатомиздат, 1983.198 с.
80. Подлипский Ю.И., Широков В.М. Изменение температурного режима воды в нижнем бьефе крупных ГЭС Сибири // Материалы межвуз. конф. Калинин, 1970. - С. 115-118.
81. Поляковская И.Д. О динамике замерзания Енисея в нижнем бьефе Красноярской ГЭС // Труды ЗапСибНИГМИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. Вып. 60. - С. 13-24.
82. Поляковская И.Д., Космаков И.В. Изменение гидрологического режима Енисея в нижнем бьефе Красноярской ГЭС после ее создания // Можноли заморозить Енисей / Материалы научно-практической конференции. Красноярск, 1994. - С. 86-93.
83. Попов Е.Г. Гидрологические прогнозы. Д.: Гидрометеоиздат, 1979. -256 с.
84. Рабочий проект «Расчистка русла р. Енисей в районе г. Минусинска, Красноярский край»: Пояснительная записка. Красноярск, 2006. 80 с.
85. Рекомендации по определению составляющих теплового баланса водоемов. Л.: Изд-во ГГО, 1965. - 91с.
86. Рекомендации по расчету зажорных явлений в нижних бьефах ГЭС. -Д.: Гидрометеоиздат, 1977. 31 с.
87. Рекомендации по расчету длины полыньи в нижних бьефах ГЭС,- Д.: ВНИИГ, 1986.-39 с.
88. Ресурсы поверхностных вод СССР: Енисей. Д.: Гидрометеоиздат, 1973. - Вып.1, Т. 16.-724 с.
89. Россинский К.И. Ледовый и термический режимы рек, озер и водохранилищ // Динамика и термика речных потоков. М.: Наука, 1972.-С. 25-36.
90. Руководство по гидрологическим прогнозам. Прогноз ледовых явлений на реках и водохранилищах. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - Вып. 3. — 167 с.
91. Рышма В.А., Донченко Р.В. Исследование теплопотерь с открытой водной поверхности в зимнее время // Труди ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1958. - Вып. 65. - С. 54-83.
92. Рымша В.А. Ледовые исследования на реках и водохранилищах. Л.: Гидрометеоиздат, 1959. - 191 с.
93. Рымша В.А., Донченко Р.В. Исследования и расчеты замерзания рек и водохранилищ // Труды ГТИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. - Вып. 129. -С. 3-18.
94. Самочкин В.М. Особенности образования заторов и зажоров на реках Сибири // Труды НИИЖТа. Вып. 60. - С. 27-62.
95. Соколов А.А. Гидрография СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1964.- 236 с.
96. Средняя Сибирь / Под ред. Герасимова И.П. М: Наука, 1964. - 429 с.
97. Стратегический прогноз изменений климата Российской Федерации на период до 2010-2015гг. и их влияние на отрасли экономики России / Под ред. Бедрицкого А.И. Росгидромет, 2005. - 65 с.
98. Технический отчет о гидрологических работах на нижней Ангаре и Среднем Енисее за 1979 г. Красноярск: Средне-Енисейский гидроэнергетический комплекс. - 140 с.
99. Тимофеев М. П., ' Несина Л.В. О вычислении изменения теплосодержания воды по метеорологическим данным // Малые водоемы равнинных областей СССР и их использование: книга. М.: Изд-во АН СССР, 1961.-С. 101-102.
100. Трегуб Г.А. Метод расчета длины полыньи в нижних бьефах ГЭС // Материалы конф. и совещ. по гидротехнике. Л.: ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1984. - С. 18-23.
101. Указания по расчету испарения с поверхности водоемов. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 83с.
102. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ / Под ред. И.С. Енюкова.- М.: Финансы и статистика, 1989. С. 80-132.
103. Физико-географическое районирование Красноярского края и Республики Хакасии (масштаб 1:7500000) // Атлас Красноярского края и Республики Хакасии. Новосибирск: Роскартография, 1994. -С. 16-17, 42-43.
104. Чернов И.М. Синоптические условия начала ледообразования на реках бассейна Енисея // Труды ЦИП. 1965. - Вып. 151.-е. 30-35.
105. Чернов И.М. Влияние гидротехнического строительства на режим Енисея // Ресурсы поверхностных вод суши.- Л.: Гидрометеоиздат, 1973.-Т. 16.-Вып. 1.-С. 193-198.
106. Чернов И.М. Изменение режима Енисея и Ангары в период наполнения водохранилищ Братской и Красноярской ГЭС // Труды ЗапСибНИГМИ. Л., 1974.- Вып. 13. - С. 74-90.
107. Чернов И.М. Особенности ледово-термического режима Енисея и его судоходных притоков. Красноярск, 1990. - 30 с.
108. Шуляковский Л.Г. О заторах льда и заторных уровнях при вскрытии рек // Метеорология и гидрология. 1951. - № 7.
109. Шуляковский Л.Г., Еремина В.И. К методике прогноза максимальных заторных уровней воды // Метеорология и гидрология. 1952. - № 1.
110. Шуляковский Л.Г. О расчете начала ледостава на реках для целей краткосрочного прогноза // Труды ЦИП. 1955. - Вып .40 - С. 39-55.
111. Шуляковский Л.Г. Появление льда и начало ледостава на реках, озерах и водохранилищах. Расчеты для целей прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 216 с.
112. Шуляковский Л.Г., Басурина В.М. Расчет начала ледостава на реках в естественных условиях и в условиях регулирования стока // Труды Гидрометцентра СССР. 1967. - Вып.8. - С. 12-23.
113. Шуляковский Л.Г. Формула для расчета испарения с учетом температуры свободной поверхности воды // Труды ГМЦ. 1969. -Вып. 53.-С. 3-13.
-
Ковшова, Елизавета Петровна
-
кандидата географических наук
-
Иркутск, 2009
-
ВАК 25.00.27
- Термический и ледовый режим в верхнем и нижнем бьефах высоконапорных гидроэлектростанций
- Экологическое состояние фаунистического комплекса водотока р. Енисей под влиянием зарегулирования
- Структура и динамика потамофитопланктона реки Енисей в нижнем бьефе Красноярской ГЭС
- Продукционная характеристика доминантов бентоценоза верхнего течения реки Енисей на участке "Дивногорск - Ангара"
- Формирование бактериопланктона и качества воды реки Енисей и его притоков при естественном режиме и в условиях зарегулированного стока
