Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оптимизация численности режимной гидрологической сети Боливии с учетом перспективных изменений годового стока

ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Онтиверос Мольинедо Мигель Анхель

ВВЕДЕНИЕ.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ БОЛИВИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

Краткое физико-географическое описание основных природных районов территории Боливии.

Современное состояние организации гидрометеорологических наблюдений и характеристика имеющихся данных.

Постановка задачи.

ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МЕТОДИК ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ СЕТИ И ОЦЕНКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ГОДОВОГО СТОКА.

Методика проф. И. Ф. Карасева оптимизации режимной сети.

Методика проф. В. В. Коваленко оценки вероятностных характеристик годового стока.

Методика оценки годового стока при наличии наблюдений.

ОПТИМИЗАЦИЯ СЕТИ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЙ

ФОРМИРОВАНИЯ РЕЧНОГО СТОКА.

Оценка нормы стока и коэффициента вариации по рядам наблюдений.

Удлинение существующих рядов наблюдений за речным стоком. 31 Оценка нормы и коэффициента вариации годового стока и картирование их изолиний.

Оценка нормы и коэффициента вариации годового стока по стохастической модели его формирования.

Карты изолиний годовых сумм осадков.

Оценка поля дисперсии годовых сумм осадков по фактическим рядам и картирование поля интенсивности климатического шума, вычисленного по методике И. И. Пивоваровой.

Оценка нормы и коэффициента вариации по модели ФГЖ.

Оценка соответствия модели ФГЖ полученным картам годового стока Боливии.

Построение редукционной кривой модуля годового стока для оценки критерия репрезентативности.

Вычисление градиентного критерия для основных природных зон. 63 Построение пространственных корреляционных функций стока и осадков, оценка корреляционного критерия и оптимального числа постов.

ОПТИМИЗАЦИЯ СЕТИ С УЧЕТОМ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ РЕЧНОГО СТОКА.

Возможные причины многолетних изменений речного стока

Боливии и методика их учета в модели формирования стока.

Глобальные изменения климата.

Факторы подстилающей поверхности (плотность народонаселения, вырубка лесов).

Оценка перспективных изменений годового стока и его картирование.

Оценка критериев оптимальной сети в условиях измененного режима вод суши и сравнительная оценка существующего числа постов с их оптимальным числом для текущего и ожидаемого речного стока.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оптимизация численности режимной гидрологической сети Боливии с учетом перспективных изменений годового стока"

Режимная гидрологическая сеть Республики Боливия насчитывает 60 постов. Ее рост происходил, в основном, после Боливийской революции 1952 года и попыток преодоления экономической отсталости страны. Однако, учитывая, что площадь Боливии составляет 1098,6 тыс. км , то на один стоковой пост приходится 18,3 тыс. км . Это намного больше, чем рекомендует ВМО.

Рекомендации ВМО (1 тыс. км на стоковой пост) не выдерживают критики ни с экономической точки зрения (сеть постов надо будет увеличивать в 15! раз), ни с точки зрения существующих научно обоснованных критериев оптимальной режимной сети, разработанных в бывшем СССР. Эти критерии учитывают не только физико-географические условия формирования стока, но и точность его учета, что связано с общим экономическим развитием страны /1/.

Поэтому для правительства Боливии важны ни общие умозрительные рекомендации ВМО, а конкретные численные оценки оптимальной сети /2/.

Целью работы является оценка оптимальной численности режимной гидрологической сети Боливии /3, 4/ с учетом как существующего в настоящее время режима годового стока, так и с учетом его перспективных изменений /5/. Основные задачи исследований сформулированы в п. 1.3.

Основной методический прием решения поставленных задач заключается в использовании широко известной в гидрометеорологии теории оптимизации Дроздова-Шепелевского-Карасева . Кроме этого применялось математическое моделирование и статистическая обработка собранных многолетних наблюдений по годовым суммам осадков и речному стоку /6/.

Численная реализация моделей и статистические расчеты проводились на персональном компьютере IBM-Pentium.

Научная достоверность результатов обосновывается следующими обстоятельствами: 6

1. Использованием статистических оценок промежуточных результатов.

2. Сравнением расчетных и фактических кривых обеспеченности по критерию согласия Колмогорова на различных уровнях значимости.

3. Использованием в качестве модели формирования годового стока широко апробированного в гидрологии за последние 15 лет уравнения Фоккера-Планка-Колмогорова (ФПК), приводящего в стационарном случае к семейству кривых распределения Пирсона.

4. Применением для оптимизации режимной гидрологической сети критериев, вошедших в Международные руководства по ее планированию и стандартизации.

Работа выполнялась в рамках перспективных планов гидрометслужбы Боливии; частично финансировалась Всемирной Метеорологической Организацией и Международной гидрологической программой ЮНЕСКО; некоторые результаты получены в ходе реализации внутривузовского гранта РГГМУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на совместном заседании кафедры гидрологии суши и гидрофизики и гидропрогнозов РГГМУ в 2000 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 68 источников, 9 приложений. Работа изложена на 184 страницах текста, включая 22 рисунка и 24 таблицы.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Онтиверос Мольинедо Мигель Анхель

Основные результаты исследований заключается в следующем:

1. Проанализированы, удлинены и статистически обработаны ряды наблюдений за гидрометеорологическим режимом Боливии. Это позволило построить карты изолиний двух начальных моментов (нормы и коэффициента вариации) годового стока и осадков (для вторых начальных моментов это сделано впервые).

2. Выполнена оценка интенсивности климатического шума и проведено картирование его значений для территории Боливии, что позволило применить модель формирования речного стока для статистически надежной оценки нормы и коэффициента вариации годового стока в департаментах Боливии слабо освещенных данными гидрологическими наблюдениями.

3. Получены оценочные карты возможных многолетних изменений статистических характеристик поля годового стока Боливии с учетом наиболее вероятных вариаций годовых сумм осадков, численности населения и процента залесенности.

4. Найдены численные значения критериев оптимальной режимной сети (градиентный, корреляционный, репрезентативности) для пяти регионов, охватывающих всю территорию Боливии, что позволило установить оптимальное число постов с учетом перспективных изменений годового ст9ка.

Перспектива дальнейших исследований заключается в переходе к оптимизации оперативной сети с целью решения задач по гидрометобеспечению

98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация была посвящена оптимизации режимной гидрологической сети, т.е. фоновой оценке необходимого числа пунктов наблюдений за речным стоком. Допущения, которые делались при выполнении работы диктовались, в основном, ограниченностью исходной гидрологической информации. По мере увеличения продолжительности рядов эти допущения в дальнейшем можно будет снять.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Онтиверос Мольинедо Мигель Анхель, Санкт-Петербург

1. Калинин Г. П. Проблемы глобальной гидрологии. Л.: Гидрометео-издат, 1968. - 377 с.

2. Проблемы современной гидрометеорологии. Сборник статей. -Л. Гидрометеоиздат, 1977.

3. Чеботарев А. И. Гидрологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1970.-307 с.

4. International glossary of hydrology. Second edition, 1992.

5. Klemes, V., Effect of hypothetical climate change on reliability of water supply from reservoirs, A study report by the National Hydrology Research Institute, Ottawa, Ontario, 1982.

6. Грани гидрологии, под редакцией Джона К. Родда. Перевод с английского В. В. Голосова. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - С. 29 - 39.

7. Географический атлас Америки, главное управление геодезии и картографии при совете министров СССР, Москва 1985.-С. 100-101.

8. Большая Советская энциклопедия. Т. 3. М.: Изд. «Советская энциклопедия», 1970. - 1520 с.

9. Страны мира. Краткий политико-экономический справочник: Политиздат, 1989. С. 293 - 294.

10. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. Том 1. Перевод с английского М. В. Зубкова, Д. А. Петелина, Т. И. Тарасовой. -М.: «Мир», 1993.-С. 140-162.

11. Лукашова Е. Н. Южная Америка. М., 1958. - 67 с.

12. Атлас мирового водного баланса. Под ред. Корзуна В. И., Соколова А. А., Будыко М. И. и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

13. Annales des services meteorologiques de la France D outre mer, vol. 1 et 2, 1951 1956. Paris, 1955 - 1960.

14. Швер Ц. А. Закономерности распределения осадков на континентах. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 285 с.99

15. Пивоварова И. И. Учет метеорологических факторов в стохастической модели формирования годового стока. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, РГГМУ, 1998.-129 с.

16. Карасев И. Ф. Речная гидравлика и учет водных ресурсов. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 312 с.

17. Коваленко В. В. Гидрологическое оценивание речного стока с элементами стохастического подхода. Учебное пособие. Л.: изд. ЛПИ, 1986, 61 с.

18. Карасев И. Ф., Коваленко В. В. Стохастические методы речной гидравлики и гидрометрии. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. -208с.

19. Коваленко В. В., Пивоварова И. И. Оптимизация режимной гидрологической сети на основе стохастической модели формирования речного стока. СПб: изд. РГГМУ, 2000. - 43 с.

20. Омболо Огюст. Исследование чувствительности отраслей национального хозяйства Камеруна к ожидаемым многолетним изменениям гидрологического режима // Материалы итоговой сессии ученого совета РГГМИ. -СПб: изд. РГГМИ, 1996. С. 18.

21. Омболо Огюст. Разработка методики прогнозирования статистических характеристик годового стока Камеруна // Материалы итоговой сессии ученого совета РГГМИ. СПб: изд. РГГМИ, 1999.-С.46.

22. Карасев И. Ф. О принципах размещения и перспективах развития гидрологической сети // Труды ГГИ. 1968. - Вып. 164. - С. 3 - 36.

23. Коваленко В. В. Моделирование гидрологических процессов. Л.: Гидрометеоиздат, 1993. - 256 с.

24. Розанов Ю. А. Случайные процессы. М.: Наука, 1979. - 184 с.

25. Колмогоров А. Н. Теория случайностей и математическая статистика. М.: Наука, 1986. - 535 с.100

26. Коваленко В. В., Дивногорская Е. П., Лаховская В. Я., Прошутин-ская Т. О. К оценке гидрологических последствий изменения климата // Моделирование и прогнозы гидрологических процессов: 1992.-Вып. 113.-С.З -10.

27. Global warming: what's going on? // Can. Chem.News. -1995. -47, №7. -P. 15-16.

28. Dooge, J. С. I., Parametrizzation of hydrologie processes , in Proc. of Conf. on Land Surface Processes in Atmospheric General Circulation Models, World Climate Programme Report, 1981.

29. Владимиров A. M. Гидрологические расчеты: Учебник. Л.: Гид-рометеоиздат, 1990. - 364 с.

30. Доброумов Б. М. Циклические колебания подземного стока в реки ETC // Труды ГГИ. 1972.- Вып. 188. - С. 23- 70.

31. Применение статистических методов в гидрологии. Труды ГГИ, Выпуск 196. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - С. 126.

32. Cost-benefit Assessment Techniques and User Requirements for Hydrological Data. Rapport d hydrologie opérationnelle № 32, OMM-№ 717, Geneve, 1990.

33. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.- 448 с.

34. Клибашев К. П., Горошков И. Ф. Гидрологические расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 460 с.

35. Рождественский А. В., Чеботарев А. И. Статистические методы в гидрологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 424 с.

36. Шелутко В. А. Статистические модели и методы исследования многолетних колебаний стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 160 с.

37. Raiffa, H. Decision Analysis; Introductory Lectures on Choices Under Uncertainty, Addison-Wesley, Reading, Mississippi, 1970, 309 pp.101

38. Tables of température, relative humidity and précipitation for the world, pt London, 1958.

39. Reseau Mondial 1910-1934 Meteorol. Office, London.

40. Афанасьев A. H. Колебания гидрометеорологического режима на территории СССР. М.: Наука, 1967. - 232 с.

41. Сперанская Н. А. Статистический анализ реакции годового стока рек на колебания климата- Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. -JL: ГГИ, 1986.- 18 с.

42. Владимиров А. М., Дружинин В. С. Сборник задач и упражнений по гидрологическим расчетам: Учебное пособие. СПб: Гидрометеоиздат, 1992.- 208 с.

43. Митропольский А. К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971.-576 с.

44. Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. JL: Гидрометеоиздат,1979.

45. Рождественский А. В. Оценка точности кривых распределения гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 269 с.

46. Андреянов В. Г. Циклические колебания годового стока и их учет при гидрологических расчетах // Труды ГГИ. 1959. - Вып. 122. - С. 3 - 49.

47. Guide des pratiques hydrologiques. Cinquième édition 1994, p. 273-289.

48. Рождественский A. В. Анализ многолетних колебаний годового стока и методов их математического описания // Сборник работ по гидрологии- Л.: Гидрометеоиздат, 1970. -№10- С.22 72.

49. Румянцев В.А., Бобыкин И.В. Пространственно-временные закономерности колебаний стока рек Евразии. Л.: Наука, 1985.

50. Будыко М. И. Современные изменения климата. -Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 47 с.

51. Винников К. Я. Чувствительность климата.-Л.: Гидрометеоиздат, 1986.- 224 с.102

52. Валлен К. X. и др. Углекислый газ в атмосфере / Под ред. В. Баха. -М.: Мир, 1987. 75с.

53. Будыко М. И. Проблема углекислого газа. -Л.: Гидрометеоиздат, 1979. -59 с.

54. Глобальный климат / Под ред. Дж. Т. Хотона. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.-502 с.

55. Шикломанов И. А. Влияние хозяйственной деятельности на речной сток. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.-334 с.

56. Шикломанов И. А. Антропогенные изменения водности рек. -Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 301 с.

57. Влияние хозяйственной деятельности на водные ресурсы и водный режим. Труды ГГИ, выпуск 239. -Л.: Гидрометеоиздат, 1977. С. 3 - 26.

58. Olivvry J. С. Fleuves et rivieres du Cameroun , collection «Monographies Hydrologiques» № 9, Paris, 1986

59. The Physical Basis of Climate and Climate Modelling. Report of the International Study Confernce in Stockholm, 29 july-10 August 1974. Garp Publications Series № 16, April 1975, p. 204.

60. Кузин П. С. Циклические колебания стока рек северного полушария. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 179 с.

61. Марчук Г. И. Моделирование изменений климата и проблема долгосрочного прогноза погоды // Метеорология и гидрология, 1979, №7, С.26-36.

62. Martinec, J., Rango, A. and Major, E., The Snowmelt-Runoff Model (SRM) User's Manual, NASA, Goddard Space Fllight Center, Greenbelt, Maryland, 1983.

63. Shafer, B. A., Report on the Martinec Model Project, USDA Soil Conservation Service, Denver, Colorado, submitted to NASA, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, 1983.103

64. Schaake, J. S., Jr. and Kaczmarek, Z., Climate variability and the design and operation of water resource systems, in Proc. World Climate Conference, WMO, Geneva, 1979, P. 290 312.

65. Коваленко В. В. Стохастические модели формирования речного стока с сосредоточенными параметрами // Расчеты и прогнозы гидрологических характеристик: Междуведомственный сборник научных трудов.- JL: Изд. ЛГМИ, 1989. Вып. 103. - С. 61 - 73.

66. Исследования влияния хозяйственной деятельности на водные ресурсы и водный режим рек. Труды ГГИ, выпуск 229. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.-С. 3-35.

67. Устюжанин Б. С. Реакция речного стока на урбанизацию водосбора. Междуведомственный сборник научных трудов. Л.: изд. ЛГМИ, 1989. -Вып. 10.-С. 73-81.104