Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Многолетние колебания стока рек бассейна р. Тобол (классификация рек, районирование территории по характеру многолених колебаний стока)

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Многолетние колебания стока рек бассейна р. Тобол (классификация рек, районирование территории по характеру многолених колебаний стока)"

ГОСКОМИТЕТ РСФСР ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ ПЕМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. A.M.ГОРЬКОГО

На правах рукописи УДК 551.4:519.238

РАССКАЗОВА НАДЕВДА СТЕПАНОВНА

МНОГОЛЕТНИЕ КОЛЕБАНИЯ СТОКА РЕК БАССЕЙНА р.ТОБОЛ (классификация рек, районирование территории по характеру многолетних колебаний стока)

Специальность II.00.07. Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации, на соискание ученой степени кандидата географических наук

ПЕРМЬ, 1992

Работа выполнена в Челябинском государственном ордена "Знак Почата" педагогическом институте.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ;

доктор географических наук, профессор М.¿.Андреева ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ;

доктор географических наук, профессор, завкафедрой водного хозяйства и технологии воды УПИ.И.С.Шахов (г.Екатеринбург); кандидат теографических наук, ведущий научный ссгиудник ИЭШ УрО АН № А.П.Лепихин (г.Пермь).

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Челябинский ГЩ.

Защита состоится СугшхЗн^ 1992 г.

4^ часов на заседании специализированного совета

К. 053.59.ОГ в Пермском государственном университете им. А.М.Горького по адресу: 614ВОО, Пермь, ГСП, ул. Буккрева, 15, Пермский университет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского университета.

Автореферат разослан

" // " ноября £992 Гв

Ученый секретарь специализированного совета,

к.г.н., доцент н«Б.сорокина

в

г^пп- •• ; ......-1-

ОШ"'^"ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Изучение многолетних колебаний стока рек ->дна из вареных задач гидрологии. Правильный учет многолетнего режи-!а стока рек в стадии проектирования позволяет более эффективно >ешать многие задачи народного хозяйства: обеспечение нужд энерге-•ики, ирригации, коммунального хозяйства, транспорта и т.д. Ритмич-юсть в природных явлениях и ее закономерности представляют собой ¡динственный реальный путь научного предвидения естественных тен-[енций развития природы в будущем. Актуальность этой проблемы констатируется на совещаниях по ритмам в природных явлениях.

Выявление и физическое обоснование зон синхронных и асинхрон-[ых колебаний стока включены координационным советом в государственный тан важных научных работ. Особенно актуальными в настоящее время [вляются вопросы классификации и районирования по характеру много-гетних колебаний стока. Решение этих задач дает возможность пра-¡ильно обобщать основные характеристики рекима и правомерно исполь-ювать метод гидрологических аналогий для слабоизученных и неизученных водных объектов в условиях резкого сокращения гидрометрической :ети.

Целью работы является районирование территории /на примере бас-:ейна р.Тобол / на основе комплексного подхода к изучению многолетий изменчивости стока рек с последующими количественной и качест-¡енной оценками районирования. Задачи исследования: ■оценить тренды в стоке рек Зауралья;

■выявить наиболее распространенные статистически значимые ритмы в ;токе рек Тобольского бассейна;

■разработать алгоритм метода автоматической классификации /а.к./, [е зависящий от шага разбиения;

•исследовать синхронность колебаний стока рек и увлажнения террито-

ркк бассейна р.Тобол с помощью алгоритма а.к.; -оценить влияние космо- и геофизических факторов на сток рек Зауралья и выявить статистически значимые факторы, оказывающие на него наибольшее воздействие;

-произвести комплексный анализ и синтез результатов исследований.

Методы ¿'оследований.Для выявления временной структуры полей стока рек Тобольского бассейна в работе использованы методы:^Фурье-анализ и/нормированные разностно-интегральные кривые. Первый метод относится к визуальным и дает хорошее наглядное представление о ритмах. Второй метод-дает количественную оценку циклических вариаций в стоке рек и может выявлять любые, в том числе и строгие синуса идальные колебания. Однако»природные явления'только напоминают синусоидальные процессы, но не тождественны им. В связи с этим необходимо подчеркнуть ограниченные возможности их математизации.

Для исследования синхронности в колебаниях стока используется метод многомерного статистического анализа /м.с.а./, т.к. только с помощью его можно одновременно выявить согласованность колебаний стока большого количества рек. Предложенный наш алгоритм кластерного анализа, основанный на методе и.с.а., позволяет объективизировать решение задачи автоматической классификации объектов рек и районирования территории по характеру многолетних колебаний их стока Полностью устранить' субъективизм в решении этих задач невозможно, что такке связано с ограниченной возможностью применения математического аппарата для географических исследований. Научная новизна.

Впервые:

-выполнено комплексное исследование и получена карта районирования территории Тобольского бассейна по характеру многолетних колебаний стока на основе м.с.а.;

-разработан алгоритм, позволяющий в значительной степени исключить субъективизм исследователя в выборе числа и границ районов; -разработан пакет из девяти прикладных программ для ЗВМ типа СМ-4 /версия ОС РЗ 2.3. язык программирования Фортран ТЗГ /, позволяющий проводить комплексные исследования многолетних колебаний стока рек любого бассейна;

-выявлены факторы, оказывающие наибольшее воздействие на сток рек в ¿Зауралье;

-получена карта переходных зон /зон перекрытия гидрологических районов/, в которых увлажнение сильно варьирует по эпохам а.ц.;

-произведена оценка тренда в стоке рек трех природных зон бассейна и замечено, что в многолетнем ходе стока рек, расположенных в переходных зонах однонаправленная тенденция отсутствует.

Практическая: тг римёнимость 'результатов работы

Полученные в результате исследования пространственно-временной структуры стока рек Зауралья ведущие ритмы /циклы/ можно использовать для выявления направленности процесса многолетних колебаний стока^путен*апроксимации многолетнего хода стока рек ведущими гармониками /Андреева, Рассказова, 1986/. Результаты исследований доведены до практического применения. Они представлены в виде таблиц ведущих ритмов, с указанием доли вклада каждого из них в общую дисперсию признака, их фаз и амплитуд, а' также карт локализации этих ритмов и их начальных фаз по территории. Карта районирования территории бассейна с указанием районов и подрайонов, обособляющихся по синхронности колебаний стока и увлажнения в различные эпохи а.ц., может использоваться для правильного подбора аналогов гидро- и метеопостов с целью восстановления данных за временные интервалы с преобладанием процессов той или иной формы а.ц. Основным предназначением этой карты и карты переходных зон является обобщение характеристик режима рек бассейна и их распространение на слабо изученные и-неизученные реки бассейна по методу гидрологических аналогий при сокращении сети наблюдений.

Таблицы классификации рек по признаку синхронности стока и карты с вероятным положением границ гидрологических районов в различные эпохи а.ц.,по Г.Я. Вангейгейму, могут быть использованы при проектировании и эксплуатации объединенных ГЭС, расположенных на реках, удаленных друг от друга, с целью повышения эффективности их работы. Пакет из девяти прикладных программ даст значительную экономию времени при аналогичных исследованиях в бассейнах других рек.

Алгоритм, предложенный автором, может быть использован для исследования природно-ресурсных экосистем /Рассказова, 1992/, а также в любой научной отрасли для автоматической классификации объектов по любому признаку. Апро'б'ация работы и- дубликадии

• Основные положения работы обсуждены и положительно оценены на региональном семинаре - совещании по проблемам охраны малых рек, озер, болот и подземных вод /Ярославль, 1984/; научно-практичееккх конференциях Челябинского пединститута /Челябинск,1986-1991 гг./; X совещении географов "Урал: география и развитие" /Пермь, 1989/-, межреспубликанской конференции по эколого-экономическим проблемам

природопользования в Сибири /Новосибирск ,1392/. По теме диссертации опубликовано 6 работ. Структура и объем работы

Диссертация общим объемом /232 / странниц,в том числе /136/ страниц машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы/234/каименования, содержит/34/ 'таблицы ,/43/рисунка- и отдельный- том. приложений объемом/95/страниц...

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассматривалось состояние изученности проблемы многолетних колебаний стока рек. При ее анализе мы пришли к выводу, что в подавляющем большинстве работ комплексные исследования, отражающие одновременно цикличность и синхронность колебаний стока рек и их связь с космо- и геофизическими факторами, либо отсутствуют, либо нуждаются в уточнении с привлечением большего количества данньс и современных методов исследования. Районирование территорий, выполняемое авторами на основе результатов исследований, обычно заканчивается неформальной оценкой его качества, т.е. сравнением со схемам! районирования предыдущих исследователей. Количественные критерии оценки качества районирования или не применяются совсем, или авторы используют для этой цели различные малопригодные числовые меры сходства. На примере бассейна р.Тобол мы сделали попытку показать преимущество карт районирования, полученных на основе современного аппарата м.с.а., и комплексного подхода к изучению многолетней изменчивости гидрометеорологических полей, по-сравненшо с другими методами и' подходами к этой проблеме.

Бассейн р.Тобол отличается разнообразием климатических условий, приводящих к различию в гидрологическом режиме рек, поэтому он выбран нами для целей исследования. Согласно И.Б.Прокаеву /1983/ территория бассейна расположена в двух физико-географических странах /горной и равнинной/ и трех природных зонах /степной, лесостепной, таелшой/ и имеет свои географические, климатические и гидрологичесю особенности. Рассмотрению этих особенностей посвящен один из параграфов первой главы.

При исследовании многолетних колебаний стока к исходным данным предъявляется ряд достаточно жестких требований. Вопросу подготовки исходных данных для целей исследования уделено внимание в последнем параграфе главы. В нем произведено деление рек Тобольского бассейна

з величине площади водосбора. Последняя имеет существенное значение ри изучении многолетних колебаний стока рек / особенно их синхрон-эсти/, т.к. сказывается на результатах-границах районов. Деление зк на категории производилось по- географическому принципу с учетом зактовок К.Н.Воскресенского и П.С.Кузина, а тагске с ориентировкой 1 цифровые показатели действующего ГОСТа 13179-73.

При выборе створов рек учитывалось требование исследования много- ' этних колебаний стока на основе изучения естественного режима рек и эебование их равномерного распределения по природным зонам. Исследу-лые реки в подавляющем большинстве протекают по промышленной зоне зала, поэтому многие из них зарегулированы. Нами проанализированы рхивные материалы Екатеринбургского гидрометфонда и карта райониро-1ния территорий Урала по коэффициенту зарегулированности стока рек, ¿полненная Уральским НИИ комплексного использования и охраны водных зсурсов /Черняев, Шахов и др. 1973/. В обработку взяты ряды средних адовых расходов по рекам, степень зарегулированности которых не эевышает /сЬ_ брутто¿0,5/.

Пропуски в рядах наблюдений от 10% до 20% /Гренджер, Хатанака, 372; Румянцев, Бовыкин, 1985/ восстанавливались по уравнениям наи-гчшего приближения / Теннант-Смит, 1988/ с соблюдением требований ) определению гидрологических характеристик /Водогрецкий и др.1984/. остановленные ряды проверялись на однородность способом определения юхоздений между двумя средними / Венгцель, Овчаров, 1988/, а затем армировались.

В этом же параграфе определялся репрезентативный период исследо-ший. Его выбор был осуществлен с соблюдением правил, установление математической теорией выборочного метода из конечной совокупнос-I, а также с учетом рекомендаций ВМО /С£стаЩ сЛсиъде...) 1955 /и зедыдущих исследователей /Ькляев, 1965; Коровин, 1966; Комлев , 373/. За репрезентативный ряд в бассейне Тобола был выбран период 1931 по 1960гг, характеризующий эпоху-фазу интенсивного роста злнечной активности с преобладанием меридиональных форм а.ц.

Во второй главе рассматриваются внутривековые колебания стока зк бассейна р.Тобол, исследование временной структуры полей стока ;к производилось на основе генеральной совокупности данных /1931— Э85ге/.

Ь связи с представлением временных рядов а виде двух составляли: линейной /тренд/ и периодической /циклы/ в работе осуществле-I оценка однонаправленной тенденции в многолетнем ходе стока рек

трех природных зон бассейна..Из-за отсутствия общего правила оценки и устранения тренда мы опирались в своих исследованиях на опыт советских и зарубежных ученых /Леонов и др. 1982,1987; Гренджер, Хатанака, 1972; Ferry, 1974/.

Для оценивания трендов применялся метод фильтрации с фильтром "скользящее осреднение". Наибольшая длина скользящего среднего бралась равной 45, наименьшая - 5 годам. Б качестве контрольного метод использовался непараметрический метод "критерий серии" /Бендат, Пирсол, 1989/. В результате исследований обнаружен слабовосходящий тренд в стоке рек восточного склона Северного Урала /р.Сосьва-Денежкино/ и в стоке некоторых рек лесостепной зоны /рЛура -Тюмень р.Тобол - Ялуторовск/. В створе р.Тобол -Кустанай /степная зона/ обнаружен слабовыракенный нисходящий тренд. Для значительной части рек бассейна /рНица^Ирбит, р.Тура -г.Берхотурье, р.Миасс -сКарга-полье, р.Уй -йСтепное и др./ однонаправленной тенденции ": в-;. ~ многолетнем ходе стока не обнаружено. Всвязи с тем, что тренд в стоке рек Тобольского бассейна выражен слабо или отсутствует совсем его устранение не производилось.

Выявление циклических составляющих в стоке рек Зауралья выполнялось методом анализа Фурье, по программе "StofishV ", составленной автором на языке Фортран -_17. Оценка достоверности полученных результатов производилась по методике Кули-Тьюки. Ка первом этапе исследований вычислялись коэффициенты, ряда Фурье /гармоники/, на втором - определялась значимость каждой из полученных гармоник /ритмов колебания/. Третий этап заключался в установлении амплитуд /А/ и фаз /у0/ полученных циклических колебаний.

В результате исследования выявлено, что наиболее распространенными и статистически значимыми в стоке рек Тобольского бассейна являются ритмы продолжительностью 17-19, 11-14, 5-8, 2-4 года. Совместным анализом распределения дисперсий, амплитуд и начальных фаз установлено, что для большинства ритмов существует вполне определенные закономерности распространения /локализации/- их по территории. Для каждого из ведущих ритмов нами составлены карты с указанием границ его распространения и распределением начальных фаз ритмов по территории бассейна.

На основании локализации циклов определенной продолжительности на территории Зауралья были выделены районы различающиеся набором гармонических составляющих стока рек. В каждом районе степень проявления отдельных ритмов различная. На территории Тобольского бассейна выделено три района: реки степной, лесостепной и таежной

зон /рис.1./.

На основании особенностей распределения параметров полученных ритмов внутри выделенных гидрологических районов были намечены подрайоны. Б степной зоне намечено два подрайона: реки подзоны разнотравно-дерновинно-злаковых степей и реки подзоны дерновинно--злаковых степей. Б лесостепной зоне обособляются подрайоны правобережных притоков и левобережных притоков Тобола. В таежной зоне выделяются подрайоны: восточного склона Уральских гор /до г/п Тура-Верхотурье/ и реки равнины. В первом подрайоне обособляется Сось-вкнско-Ивдельский бассейн, во втором - бассейн р.Тавды. Необходимо заметить, что детальность проведенных исследований различна из-за неодинакового количества данных по рекам природных зон Зауралья. В результате анализа параметров всех статистически значимых ритмов выделены реки, гидрологический режим которых отличается от зонального: /р.Пшпма /Богадинское/, р.Миасс /Каргаполье/, р.Увелька /Красносельское/ и р.Уй /Степное/. Эти реки, как подтвердилось в, дальнейшем, расположены в зонах перекрытия гидрологических районов, где увлажнение сильно изменяется по эпохам а.ц.

Третья глава посвящена исследованию синхронности колебаний стока рек Тобольского бассейна.

Применение для исследования пространственной структуры полей стока хорошо разработанного аппарата м.с.а. позволяет получать на ЭВ;л большие массивы коэффициентов корреляции, характеризующих синхронность колебаний гидрометеорологических величин в сотнях пунктов. .Визуальный анализ таких матриц затруднен. Для этой цели разрабатываются специальные алгоритмы. В своей работе мы использовали алгоритм, разработанный сотрудниками кафедры гидрологии сущи МГУ /Жук, Романова, 1981/. Однако,при работе с ним выявилось, что он зависит от параметра алгоритма д Я /шага интерполирования/ и дает различающиеся результаты при его изменении.

Автором предложен и апробирован алгоритм кластерного анализа, не зависящий от параметра А Я. Он зарегистрирован в ГОСФАПе и может применяться в любой научной отрасли для автоматической классификации объектов по одному или ряду признаков. Основным достоинством этого алгоритма является возможность использования рядов наблюдений, имеющих небольшую продолжительность, что' является очень важным в условиях резкого сокращения гидрометрической сети. Удобное представление результатов в виде дендрограммы дает возможность следить за динамикой объединения рек в группы на каждом уровне корреляции.

Сопоставление результатов исследований пространственной структуры стока рек Тобольского бассейна за основной /1931-1960гг/ к дополнительные периоды /1961-1985гг; 1931-1985гг./ показало наличи трех районов синхронного стока /рис.1/, хорошо согласующихся с районами, предварительно выделенными по циклическим вариациям в стоке рек. Вместе с тем нами обнаружены различия в положении граш: гидрологических районов за разные временные интервалы.

Для объяснения полученных различий автором была сделана попытка исследования синхронности стока рек бассейна по эпохам а.ц. Вангенгейма-Гирса, сильно _ отличающихся по условиям увлажнения /Орлова, 1968; Андреева, 1973/. Анализ полученных результатов поке зал, что границы районов перемещаются относительно их вероятного среднемноголетнего положения за-репрезентативный период на север или на юг, в зависимости от активизации процессов той или иной фо] мы а.ц. Так, например, в эпоху меридиональной циркуляции /С/ граю цы гидрологических районов смещаются к югу. В комбинированную эпоз а.ц. /Е+С/ наибольшие изменения в условиях формирования стока происходят на юге Зауралья, Южная граница /между районами рек сте1 ной и лесостепной зон/ перемещается на север. Северная граница /между районами рек лесостепной и таежной зон/ сдвигается на юг и, практически совладает с положением границы в эпоху С. Последнее означает, что условия формирования стока рек в эпоху /Е+С/ и предыдущую эпоху а.ц. /С/ на севере Зауралья примерно одинаковы. В эпоху восточной циркуляции /Е/ северная граница сохраняет свое среднемноголетнее положение, а южная граница сдвигается на север но более значительно, чем в эпоху Е+С.

Внутри выделенных нами районов синхронных колебаний стока рек Тобольского бассейна в разные эпохи а.ц. обособляются различные подрайоны /рис.1/. В эпохи С и Е+С обнаружена асинхронность многолетних колебаний стока рек Зауральского плато и рек восточного склона Уральских гор таежной зоны. В эпоху Е асинхронно колеблете, сток рек левобережных и правобережных притоков Табола в лесостепной зоне, а также рек Северного Урала /Сосьвинско-Ивдельский бассейн/ и Зауральского плато в таежной зоне.

Динамичность границ гидрологических районов в разные эпохи а.ц. приводит к образованию зон перекрытия районов /перекрывающие кластеры/,названных наш переходными зонами. Всвязи с "размытост границ районов с синхронными колебаниями стока формализованные процедуры оценки их резкости не производились. По мнению автора, наиболее важным моментом районирования, основанного на методах

к.,является оценка достоверности полученных результатов, а также Фмальная и неформальная оценки качества произведённого райониро-

1ния.

Оценка достоверности результатов производилась методом повтор-)й выборки /Олдендерфер, Бпэшфидц, 1989/. Для подтвервдения принад-»жности реки, "попадающей" в переходную зону к тому или иному урологическому району /кластерному ядру/, за исследуемые периоды си эпохи а.ц. использовался ранговый критерий Спирмена с уровнем [ачимости с1- =о, 05.

Формальная оценка качества районирования, выполненного на осно,-з а.к., производится в программе"ЭСЙГГ, составленной для целей ис-юдования, при помощи критерия А.А.Дорофеюка /1966,1973/. Суть ритерия состоит в вычислении разности между средним по всем клас-зм коэффициентом корреляции внутри каждого класса и средним коэф-щиентом корреляции по всем парам рядов данных из разных классов, экая оценка производится на каждом уровне сходства. По ее максиму/ выбирается оптимальный вариант разбиения на классы. В результа-з исследований выявлено, что уровень сходства /0,5/, который эльшинство авторов считает наилучшим для районирования территории э синхронности колебаний стока, не всегда является оптимальным. т рэк с площадью'бассейна менее '500 гыс.кв.км. /бассейн р.Тобол/ з может быть значительно выше за отдельные периоды и эпохи а.ц., зпример - 0,7 /эпоха Е/.

Неформальная оценка качества районирования территории выполняясь путем сопоставления границ гидрологических районов, полученных втором, с границами районов, выделенных другими исследователями о связи стока с различными факторами /Кузин, 1960,1970; Быков, 963; Шкляев, 1965; Орлова, 1968; Алюшнская, 1973; Андреева,- 1973; майкина, 1990/. Примерное совпадение формальной и неформальной ценок говорит о корректности выбранного метода районирования. О остоверности полученных результатов свидетельствует одинаковое ластерное решение, полученное на основе генеральной совокупности энных и всех.повторных выборок из нее.

В четвертой главе исследуется влияние космо- и геофизических акторов на сток рек Зауралья и дается районирование территории обольского бассейна по характеру многолетних колебаний стока.

Основная цель этой главы состояла в выявлении факторов,оказыва-щпх наибольшее воздействие на сток рек Тобольского бассейна. Для того мы изучали взаимосвязь стока трёх природных зон Зауралья со ледущими факторами: увлажнением, солнечной активностью,приливо-

образующей силой Луны и Солнца, крупномасштабными процессами в атмосфере и некоторыми их следствиями /температурными аномалиями вод в Северной Атлантике и явлением Эль-Ниньо/.

'В качестве показателя увлажнения территории использовались коэффициенты увлакнения / Кувл./ по H.H. Иванову для 17 метеоста ций, расположенных в разных природных зонах бассейна за период с 1936г. по 1985г. Коэффициенты увлажнения рассчитывались нами.за теплый период года, т.к. в Зауралье осадки теплого периода соста ляют около 80$ их среднегодовой суммы. Из характеристик солнечно активности взяты относительные числа солнечных пятен / il^/ и ш земное отражение - нормированные индексы возмущенноети поля Зем/. / М$ /. Для выявления воздействия на речной сток приливообразух щей силы Луны и Солнца использовались значения 19-летней состаш ющей потенциала этой силы. Из показателей, отражающих влияние не сток рек крупномасштабных атмосферных процессов, взяты: повторяе различных форм а.ц., координаты центра Исландской депрессии, ищ сы Атлантической циркуляции Вительса и индекс Южного колебания Уолкера.

Исследование влияния космо- и геофизических факторов на ctoi рек проводится по данной территории не впервые, однако новый алп ритм, позволяющий следить за динамикой объединения рядов в груш дает возможность подойти к этой проблеме по-новому. За основной временной интервал исследований взят репрезентативный период с 1931 по 1960гг. Оценка достоверности выявленных связей проводнлг по ранговому критерию Спирмена /J> /.

В результате исследований было выявлено, что наибольшую статистически значимую связь сток рек Зауралья имеет с увлажнением территории и меридиональной формой /С/ а.ц., определяющей его. Исключение составляют реки Северного Урала /Ивдель, Сосьва/, дл которых связь с формой С мала и статически незначима ^=Q07;P= 8( Для этих рек выявлена статистически значимая связь с показателя солнечной активности fj> = 0.36-^0.51; Р=96*9^5 X /, температуря, анамалиями вод / Д iJTL / на с-в Северной Атлантики !j>= 0,32; ?=95%/ и долготой Исландского минимума давления / ß =0,42; P=S7 Последняя коррелирует с повторяемостью западной формы 1W /а.ц /J>=0t71; ?=99,S$/ и величиной барического градиента / Jjitl / Азоры-и Исландия /_/> =0,51; P=S9,5^/. Возможной причиной отличия гидрологического режима этих рек от зонального является располо .чеение этих рек вблизи критических параллелей Сговаоа /У =62°/,

;оторые согласно исследованиям С.П.Хромова и М.С.Эйгенсона харак-'ерны для зонального расчленения атмосферы. В итоге Северный Урал гаще, чем остальная территория бассейна, оказывается под воздейст-щем формы ХУ . Существенное влияние эта форма а.ц. оказывает на ;ток рек таенной зоны /до р.Туры/ в комбинированную эпоху /Б+С/ 1.ц. /_/> =0,45; Р=97$/, когда наблюдается некоторая стабилизация [роцессов V/ -формы и снижение связи стока с формами, а.ц::С:.йЕ.". !а другие исследуемые временные интервалы для рек бассейна связь формой р/ незначима /Р<80$ /.

Анализ корреляционных матриц за репрезентативный период ис-ледования показал наличке средней степени статистически значимой вязи изменчивости годового стока рек таежной и лесостепной зон ¡асеИна с А^ти » что подтверждает результаты, полученные А.П.Ле-:ихиным /1981/. Для рек степной зоны эта связь оказалась незначимой '?<В0%/. Замечено также ослабление тесноты связи с продвижением севера на юг /от устья к истоку р.Тобол/.

Температурные аномалии вод на с-в Северной Атлантики, в свою чередь, обнаруживают связь с повторяемостью формы с/уЗ=0,42; =98%/. Предиктором последней, по мнению ряда авторов /.Максимов, аруханян, Смирнов, 1970 и др.// является солнечная активность, наличии связи между формами а.ц. и солнечной активностью, а акже между солнечной активностью и Д свидетельствует мак-

имальное значение критерия однородности /критерий Дорофехжа/ при бьединении этих показателей в одном кластере. Однако достоверность тих связей мала /Р <80^/, поэтому утверждать о воздействии сол-ечной активности на сток рек бассейна через крупномасштабные роцессы в атмосфере можно только с полученной долей вероятности.

Ход солнечной активности не монет целиком контролировать а.ц. то означает существование других факторов, оказывающих влияние а климат и режим рек исследуемой территории. Например, К.С.Рймадж 1986/ выявлено, что на сезонный климат в средних широтах сущест-енное воздействие оказывает явление Эль-Ниньо /аномальное потеп-ение вод в -тропическойзоне Тихого океана/. Оно приводит к жесто-айшим засухам и маловодиям.

Изучение связи стока рек Зауралья и др. факторов с индексом хного колебания Уолкера, характеризующего это явление, а также денка достоверности связи этих факторов показала, что явление иь-Ниньо непосредственного влияния на сток рек изучаемой террито-ш не оказывает. По-видимому механизм этой связи очень сложен, •к. индекс Уолкера не обнаруживает статистически значимой связи

ни с одним из взятых в обработку факторов, т.е. причины этого явления пока остаются невыясненными.

Увлажнение, как один из основных факторов, оказывающих наибо. шее влияние на сток, изучалось в работе более подробно. Исследование его синхронности производилось при помощи того же алгоритм; за те же периоды и эпохи а.ц., что и по стоку. Это имеет важное значение для сравнения результатов. Оценка достоверности полученных результатов производилась тем же методом, что и в 3 главе.

Совместный анализ результатов показал, что границы зон сшщя ного увлажнения перемещаются аналогично границам гидрологических районов к северу или югу в разные эпохи а.ц.. Одинаковый /по территориальному охвату/ состав кластерных ядер /к.я./ в дендрограм-мах по стоку и увлажнению и тесная значимая связь этих факторов во всех зонах Тобольского бассейна /_р =0,51+0,53, Р=95+99,5$/, позволила нам уточнить предварительные границы гидрологических районов и переходных зон, образовавшихся вследствие их перекрыт:

В заключительном параграфе 4 главы дается гидрологическое районирование территории Тобольского бассейна по характеру многолетних колебаний стока рек. Там же дается краткое описание выделенных районов.

На рис.1 представлена окончательная схема районирования Тобо ского бассейна по характеру многолетних колебаний стока. Границы районов проводились на основе анализа всех материалов по стоку, увлажнению и их связи с космо- и геофизическими факторами /П.С.К; зин, 1970 и др./. Районирование Тобольского бассейна с кспользов нием комплексного подхода в изучении многолетней изменчивости стока и применением современного математического аппарата выполнено впервые.

Карта переходных зон /рис. 2 / также получена впервые, что объясняется несовершенством математического аппарата, используемого для этих целей ранее.

Сравнение карт районирования, составленных различными автора ми по разным признакам, с картой переходных зон, полученной нами при исследовании синхронности колебаний стокгг»и одного из основных его факторов - увлажнения показало, что границы гидрологкчес ких районов находятся в пределах выделенных нами переходных зон. Последнее означает, что границы, полученные разными авторами по сеязи стока с различными факторами, не противоречат друг другу. В заключении приводится краткое изложение итогов проделанной раб

4,6,8,14,16

с.^.______

Масштаб 1:5000000

Условные обозначе-

и /.---граница оассеина;

(/ (—..—вероятное положе-// • нио границ райо-/ нов за рэпрезент. период; - вероятное положение границ подрайонов в разные эпохи а.ц. В числителе: в скооках - эпохи синхронного увлажнения;

перед скобками -эпохи синхронных колебаний стока В знаменателе: ' 3,5,7,11,17 -ведущие ритмы в стоке рек

Рис. Ъ. Районирование Тобольского бассейна по характеру многолетних колебаний стока рек

Условные обозначен]

/ т - гидрологические / посты

/ ®- метеорологически посты

(У//А" зоны перекрытия I гидрологических

районов

/ -- - границы переход]

.' зон

52'

Масштаб 1:5000000 Рис. 2. Карта переходных зон

ОСНОБНЫВ ВЫВОДЫ

В результате исследований пространственно-временной изменчи-ости многолетних колебаний стока рек Тобольского бассейна и вязи их с космо- и геофизическими факторами, мы пришли к следую-км выводам:

1.В стоке рек Тобольского бассейна наиболее распространенными статистически значимыми являются ритмы продолжительностью 17-

Э, 11-14, 5-8, 2-4 года. Сила проявления- этих ритмов для разных юк Зауралья различна.

2.На основании локализации циклов разной продолжительности

:а территории Зауралья выделены гидролвгические районы, различающиеся набором гармоник: районы рек степной, лесостепной и таеж-юй зон. В каждом конкретном районе степень проявления отдельных циклов различна. По особенностям распределения параметров получен-[ых ритмов внутри гидрологических районов обособляются подрайоны.

3. На территории Тобольского бассейна выделено три гядрологя-[еских района с синхронными колебаниями стока рек, аналогичных эайонам, полученным на основе анализа циклических вариаций в стоке >ек Зауралья: районы рек стелной, лесостепной и таежной зон.

4. Границы районов синхронного стока рек и районов синхронного гвлажнения подвижны. Они могут перемещаться относительно вероят-юго положения границ за репрезентативный период /1931-1360 г.г./ 1а север или на юг в^зависимости от активизации процессов той

1ли иной формы а.ц..

5. Гидрологические районы перекрываются /т.е. не имеют четких границ/ и образуют "переходные зоны". Такие зоны, по-видимому, существуют в бассейнах всех рек с полязональяда режимом. Увлажнение в них сильно варьирует по эпохам а.ц.. Последнее является зричяной отсутствия в многолетнем ходе стока рек этих зон однонаправленной тенденции и обособления этих рек по ритмике стока.

6. Меридиональная 'форма а.ц., оказывает наибольшее влияние яа увлажнение территории бассейна и определяет режим стока его рек. Исключение составляют реки Северного Урала /Квдель, Сосьва и др./, расположенные в районе критических параллелей Стоваса, характерных для зонального расчленения атмосферы. Здесь наибольшее воздействие на сток оказывает западная циркуляция, /эпоха 3+С/.

7. Автором предложен и апробирован алгоритм, не зависящий от параметра АД /шага разбиения/ и дающий неизменную дендрограмму классификации. Алгоритм зарегистрирован в ГОСФАДе и может быть

использован в любой научной отрасли для классификации объектов.

8. Алгоритм может быть использован также в качестве критерия

для оценки однородности рядов в случаях обработки больших массивов данных.

Содержание диссертации отражено в следующих работах;

1. Рассказова Н.С. ¡йноголегние колебания речного стока на Южном Урале // Многолетние колебания гидрометеорологического режима Южного Урала.- Челябинск: изд-во ЧГПИ, 1986.- С. 3-25. /соавтор Андреева М.А./

2. Рассказова Н.С, Использование математических методов для расчета речного стока // Тезисы докладов совещания по проблемам географии /сентябрь 1989г/ - Пермь, 1989,- С. 194-196.

3. РассказоваН.С." Возможности использования метода непосредствен кого анализа корреляционной матрицы для выявления зарегулированное™ стока рек.'// Тезисы докладов научно-практической конференции /13-14 ноября/,- Пермь, 1990.-С. 46-47.

4. Рассказова Н.С. Исследование синхронности колебаний стока рек бассейна Тобола методом непосредственного анализа корреляцион ной матрицы.- Деп. в ВИНИТИ. 29.11.91,-4460-В91-24 с.

5. Рассказова Н.С. Об одном методе исследования природно-ресурсн систем. // Тезисы докладов и сообщений к межреспубликанской научной конференции /3-5 февраля/,- Новосибирск,- 1992.-С.27-

6. Рассказова Н.С. Программа классификации объектов^асяечаткой. для всех уровней корреляции с последующей численной оценкой качества классификации. ШП. /Йсд/Г/.- НИВЦМГУ.- ГОСФАЛ,-

№ М92014.- код программы 2097329.00001 /соавтор Рассказов В.Н

Подписано в печать . 11.92. лБ 06 Формат 60x84 1/16 Ьум. тип. № . Печать офсетная. Объем 0,90 п.л. Тираж 100 экз. Заказ К>

Типография Пермского университета. 614600. Пермь, ул. Букирева, 15.