Пространственная структура и временная изменчивость годового стока рек Магаданской области

Ушаков, Михаил Вилорьевич

Автореферат диссертации по теме "Пространственная структура и временная изменчивость годового стока рек Магаданской области"

003450720

На правах рукописи

УШАКОВ Михаил Вилорьевич

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА И ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГОДОВОГО СТОКА РЕК МАГАДАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

3 0 о;-;пг:з

Иркутск - 2008

003450720

Работа выполнена на кафедре гидрологии суши и охраны водных ресурсов Института окружающей среды Дальневосточного государственного университета (г. Владивосток)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Лобанов Станислав Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор географических наук Шимараев Михаил Николаевич

кандидат географических наук Кравченко Валерий Владимирович

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем ДВО РАН (г. Хабаровск)

Защита диссертации состоится 13 ноября 2008 г. в 13 часов 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. Факс (3952) 42-27-17. E-mail: postman@irigs.irk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии им. В.Б.

Сочавы СО РАН

Автореферат разослан «_ SO,, от

108 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д ООЗ.ОЮ.С доктор географических наук

М.В. Рагулина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшее место в ландшафтной оболочке Земли, в процессах происходящих в ней, в формировании экосистем, в хозяйственной деятельности человека занимают реки. Актуальность работы обусловлена назревшей необходимостью разработки долгосрочных планов мероприятий, направленных на улучшение качества поверхностных вод, подверженных антропогенному влиянию, на рациональное использование водных ресурсов Магаданской области, в том числе и на выработку оптимальных режимов регулирования стока водохранилищами. Водные ресурсы рек Магаданской области используются, главным образом, горной промышленностью, энергетикой, речным транспортом, коммунальным хозяйством. Для решения практических задач при перспективном планировании использования водных ресурсов необходима оценка водообеспеченности территории. Так, Государственная водная служба Управления природных ресурсов по Магаданской области заказала Колымскому УГМС в 2003 г. выполнение научно-исследовательской работы «Оценка современных ресурсов поверхностных вод Магаданской области (гидрологический и гидрохимический режим рек)», научным руководителем которой был автор. Часть результатов, указанной научно-исследовательской работы, легла в основу настоящей диссертации.

В рамках государственной политики по разработке и совершенствованию государственного нормирования и стандартов в природопользовании, по оценке состояния окружающей среды в стране планируется создание «Территориальных строительных норм субъектов Российской Федерации». Поэтому понятна необходимость построения современных карг модуля годового стока, установления районных зависимостей для определения нормы и коэффициента вариации годового стока неизученных рек. Требуется количественное уточнение ресурсов речных вод области, во-первых, из-за существенного удлинения рядов наблюдений за стоком, во-вторых, из-за усилившейся антропогенной нагрузки на речные водосборы и в связи с современными глобальными изменениями климата, которые могут вызвать измеиения нормы годового стока. Для оперативного управления водопользованием требуются также разработки методов прогноза годового стока.

Объектом исследования являются реки и речные бассейны Магаданской области. Предмет исследования составляют закономерности формирования и пространственно-временная изменчивость годового сток рек.

Целью работы является количественная оценка водных ресурсов рек Магаданской области, их пространственной структуры и многолетней изменчивости. Для ее достижения были поставлены следующие задачи: построить карты модуля годового стока, выявить районные зависимости нормы и коэффициента вариации годового стока от морфометрических характеристик речных водосборов, проанализировать многолетние колебания годового стока рек, исследовать стоковые ряды на наличие тренда, выявить предикторы, при помощи которых можно прогнозировать годовой сток.

Исходные материалы и использованные методы. В работе использовались данные многолетних гидрометеорологических наблюдений' (средние годовые расходы воды, данные об атмосферных осадках, температуре воздуха, испарении с поверхности воды и почвы) на территории Магаданской области, данные о морфометрических характеристиках речных водосборов (площадь и средняя высота водосборов, длины рек), сведения о распространении многолетней мерзлоты, а также многолетние данные о различных индексах атмосферной циркуляции.

При проведении исследования использовались классические и современные методы математической статистики по обработке временных рядов (оценка статистических параметров, анализ пространственно-временной однородности рядов, регрессионный анализ, спектральный анализ), методы графического и картографического представления исходного материала и результатов анализа. Расчеты выполнялись на ПЭВМ по программам, которые были разработаны автором.

Научная новизна работы. На основе совместного анализа информации о физико-географических условиях и данных гидрологических наблюдений произведено зонирование Магаданской области в целях получения новых уточненных районных зависимостей для определения нормы и коэффициента вариации годового стока неизученных рек, построены современные расчетные карты модуля годового стока рек области и разработаны конкретные рекомендации по их использованию. При оценке нормы годового стока на отдельных постах применен современный метод вычислений, основывающийся на более полном и взвешенном учете исходных данных. На основе

обработки и анализа большого материала существенно уточнена количественная оценка ресурсов речных вод области. При подсчете водных ресурсов рек Охотского побережья Магаданской области на основе использования данных о длине малых рек оценен рассредоточенный сток. Вычислены суммарные значения стока рек Магаданской области различной обеспеченности. Предложено объяснение отсутствия связи между смежными значениями годового стока рек Магаданской области. Впервые разработаны удовлетворительные методы прогноза годового притока воды к водохранилищам каскада ГЭС на р. Колыме с привлечением в качестве дополнительных предикторов месячных индексов атмосферной циркуляции (южного колебания и арктической осцилляции).

Практическая ценность и возможность реализации. Полученные результаты позволяют с практически приемлемой точностью определять годовой сток различной обеспеченности любой неизученной реки Магаданской области, прогнозировать годовой приток воды к водохранилищам на р. Колыме, что позволит повысить эффективность использования водных ресурсов предприятиями различных отраслей экономики. Для реализации этих задач на ПЭВМ автором составлены соответствующие компьютерные программы, которые используются в Колымском УГМС. Существенно уточнены ресурсы речных вод области, получены представления о их многолетней изменчивости. Результаты данной работы могут послужить информационно-методической основой для разработки Территориальных строительных норм по определению расчетных гидрологических характеристик рек Магаданской области.

Апробация работы. Промежуточные результаты работы докладывались на Региональной научной конференции «Северо-Восток России: прошлое, настоящее, будущее» (Магадан, 1998), научной конференции «Гидрометеорология Дальнего Востока и окраинных морей Тихого океана» (Владивосток, 2000), на VI Всероссийском гидрологическом съезде (С-Петербург, 2004), на Научно-практической конференции, посвященной 55-летшо ДВНИГМИ (Владивосток, 2005), на расширенном заседании кафедры гидрологии суши и охраны водных ресурсов Института окружающей среды Дальневосточного государственного университета (Владивосток, 2005), на Второй международной научно-технической конференции «Окружающая природная среда -2007: актуальные проблемы экологии и гидрометеорологии - интеграция образования и науки» (Одесса, 2007), на расширенном семинаре лаборатории гидрологии и

климатологии Института географии СО РАН (Иркутск, 2008). По теме диссертации опубликовано 8 работ, из которых одна статья в рецензируемом научном' журнале.

Личный вклад автора состоит в выборе методов исследования, в обработке обширного статистического материала по гидрометеорологическому режиму Магаданской области и анализе полученного графического и картографического материала, в разработке физико-статистического метода долгосрочного прогноза притока воды к водохранилищам каскада ГЭС на р. Колыме и его испытании на независимом материале.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Объём её составляет 129 страниц, включает 26 иллюстраций и 23 таблицы. Список использованной литературы содержит 115 наименований.

Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе обсуждаются проблемы Магаданской области, связанные с использованием и охраной речных водных ресурсов. Показано, что многие из этих проблем могут быть сняты или уменьшены на основе привлечения более качественной и подробной гидрологической информации. В частности, для этого могут быть использованы результаты исследований, выполненных в настоящей работе.

Во второй главе проводится анализ гидрологических, метеорологических и географических материалов, которые использовались при решении задач уточнения, пространственной детализации и прогнозирования характеристик стока Магаданской области. Кроме того, дано краткое описание методов исследования, использованных в данной работе.

В третьей главе с привлечением современных данных и методов уточнены нормы стока на гидрологических постах, получены районированные формулы по оценке модуля стока и коэффициента вариации годового стока неизученных рек, построены расчетные карты модуля годового стока, произведена оценка ресурсов речных вод Магаданской области (суммарный приток речных вод на территорию области, их отток с территории области, местный сток рек), также рассчитаны значения суммарного годового оттока речных вод различной обеспеченности.

В четвертой главе проведен автокорреляционный и спектральный анализ многолетних колебаний годового стока, рассмотрены марковские и регрессионные

модели предсказания его годовых значений, разработаны физико-статистические модели прогноза притока воды в Колымское и Усть-Среднеканское водохранилища

В заключении сформулированы основные результаты работы, следующие из них выводы и обозначены возможные перспективы ее дальнейшего развития.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю данной работы кандидату технических наук, доценту С.А. Лобанову за руководство, постоянное внимание к возникающим у автора вопросам, а также ведущим гидрологам Колымского УГМС О.П. Тюрниной и Н.И. Галактионовой за помощь при построении карт модуля годового стока, проведении расчетов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Привлечение новых данных гидрологических наблюдений, современных приемов их обработки, а также построение районированных зависимостей характеристик стока от параметров водосборов позволяет получить более точные и надежные оценки климатическом нормы годового стока рек Магаданской области.

Основной практически востребованной информацией является статистическое описание характеристик речного стока и, в первую очередь, его средняя многолетняя годовая величина (норма). При определении этой характеристики по коротким рядам наблюдений обычно производят удлинение этих рядов по уравнению регрессии связи ежегодных значений стока в исследуемом пункте со значениями стока в пункте-аналоге (пунктах-аналогах) с последующим вычислением по объединенным данным искомых параметров (классическая схема). Применение нового метода обработки данных, предложенного A.B. Игнатовым [1986, 1996, 2000], учитывающего информацию не только о средних значениях восстановленных оценок расхода, но и точность такого восстановления позволяет, сделать еще один шаг на пути улучшения оценок характеристик нормы речного стока. В табл. 1 приведен пример сравнительных расчетов оценок среднего многолетнего значения расхода выбранной группы рек, выполненных разными методами. Оба приема уточнения расчетов изменяют оценку среднего значения

расхода. Однако новый метод более полно использует имеющую информацию, в результате него вычисляемые оценки становятся более точными и надежными.

Таблица 1

Результаты расчета среднего многолетнего значения расхода рек, выполненные различными способами

Река - пункт Длина ряда наблюдений, лет Среднее многолетнее значение расхода воды, м3/с

вычисленное по данным наблюдений уточненное по классической схеме расчета уточненное по новой схеме расчета

р. Колыма-п. Оротук 41 283,0 284,9 283,8

р. Аян-Юрях -п. Эмтегей 40 64,7 64,6 64,7

р. Берелех -п. Переправа 36 33,8 34,3 34,0

р. Детрин -устье р. Омчук 46 34,1 34,4 34,2

р. Дебин -п. Беличье 39 30,2 30,5 30,3

р. Омолон -гм. ст. Лабазная 24 37,8 39,0 38,5

р. Гижига -20 км от устья 42 153,0 151,5 152,4

р. Магаданка-г. Магадан 30 1,10 1,03 1,07

р. Каменушка -в 8.0 км от устья 26 0,73 0,69 0,71

руч. Туфовый -гм. ст. Кольцевая 16 1,17 1,18 1,17

Как известно, формирование речного стока происходит в результате совместного воздействия факторов атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы. Главная роль в определении величины стока принадлежит атмосферным факторам. Вместе с тем норма годового стока во многом зависит от природных особенностей водосборного бассейна, которые в свою очередь во многом подчиняется законам географической зональности.

Речной сток является сложным многофакторным природным процессом, имеющим региональные и локальные особенности.

Для определения пространственной структуры водных ресурсов Магаданской области были выбраны ряды средних годовых расходов воды по данным наблюдений на 74 гидрологических постах. С учетом качественных представлений о формировании стока и пространственной неоднородности его факторов эти данные были разделены на три территориальные группы. Две из них охватывают собственно Магаданскую область - это два района: Охотское побережье и континентальная часть области (центральные районы). Третья группа расположена на территории Якутии. На рис. 1 показаны данные о связи модуля годового стока рек Магаданской области с площадью водосбора с учетом описанног о районирования.

М, л1(с км)

20

10

О

1 ю т то юооо мовоо р,км2 М в 2 • 3

Рис. 1. График связи модуля годового стока М, л/(с-км1) рек Магаданской области с площадью водосбора (Г, км2):

1 - реки центральных районов области с площадью водосбора менее 60000 км2;

2 - створы р. Колымы на участке Колымская ГЭС - Гидроствор Колымское 1;

3 - реки Охотского побережья.

•

1 «■о к) с? а * « с Л л •

ф >е 0 * Ч 1 *> О ^

о С" О

Из анализа поля точек видно, что связь модуля стока с площадью водосбора прослеживается для створов р. Колымы на участке Колымская ГЭС - Гидроствор Колымское 1 и для рек Охотского побережья, тогда как для рек центральных районов области с площадями водосборов менее 60ООО км1 сколько-либо выраженной связи не обнаруживается. Это возможно связано с тем, что все реки этого района являются горными, и, следовательно, для них большее значение в формировании стока имеют факторы высотной поясности или иные причины, не связанные с площадью водосбора.

Для р. Колымы на участке створ Колымская ГЭС - Гидроствор Колымское I

установлена связь модуля годового стока М (л/(с-км2)) с площадью водосбора F (км1)

М = 15,2 -1,601^. (1)

Для рек Охотского побережья получены две редукционные зависимости модуля стока от площади водосбора (Р, км2) и длины реки (£, км)

М= 43,5-21,4(1я/0°'23, (2)

Л7=25,8£"°'!2, (3)

Точность оценки модуля стока по этим формулам примерно одинакова (корреляционное отношение в обоих случаях составляет 0,78). Такое положение дел позволяет нам утверждать, что для редукции модуля стока рек от размеров водосбора можно равноценно применять обе построенные зависимости.

Как известно, для горных рек характерна высотная поясность модуля годового стока, а именно — его увеличение с высотой. Это обусловлено следующими причинами. Во-первых, с увеличением высоты местности возрастают годовая сумма атмосферных осадков, конденсация (сублимация) влаги, во-вторых, потери стока на испарение (транспирацию) становятся меньше, что вызывается понижением температуры воздуха с высотой и тем, что поступающая на территорию водосбора влага, быстро стекает в речную сеть (большие уклоны, склоны гор в значительной степени сложены скалистыми и крупнообломочными осадочными породами, почвенный покров и растительность развиты слабо, а местами и вовсе отсутствуют, наличие многолетней мерзлоты). В монографии «Ресурсы поверхностных вод СССР» для некоторых водосборов центральных районов Магаданской области уже были выявлены связи модуля годового стока со средней высотой водосбора. Развивая этот подход, в настоящей работе была

проанализирована высотная поясность модуля годового стока для рек центральных районов области с площадями водосбора менее 60000 км2. На рис. 2 показан график связи модуля годового стока рек центральных районов области со средней высотой водосбора. Анализ рельефа местности, распределения по территории атмосферных осадков, характера распространения многолетней мерзлоты, а также распределения точек на этом графике позволил выделить три района (рис. 3) с различными зависимостями модуля стока от высоты.

М, л!(с км) 16 U

11 16 8 6 4 2 в

200 400 609 800 1000 1209 1400 Н, м

о район I m район П ■ район Ш

Рис. 2. Графики связей модуля годового стока M, лЦс-км2) рек центральных районов Магаданской области со средней высотой водосбора Я (м).

Уравнения связи модуля стока с высотой по выделенным районам приведены в табл. 2. Отношение средней квадратичной ошибки этих уравнений к стандартному отклонению значений модуля стока (S/a) не превышает 0,8.

При исследовании зависимости модуля стока от характеристик водосбора были также оценены связи модулей годового стока со средними уклонами водосборов и густотой речной сети. Однако статистическая значимость этих связей оказалась значительно ниже, чем у выше рассмотренных зависимостей.

[ 3х Г" 1т

\

—I—-

Реки бассейна Охотского -'-- моря

Рис. 3. Схема районирования центральных районов Магаданской области по однородности изменения модуля годового стока с высотой (римскими цифрами I

обозначены номера районов).

Таблица 2

Уравнения связи модуля стока М (л/(с-кд<2)) со средней высотой водосбора Н (м) для рек центральных районов Магаданской области

Номер района Уравнение зависимости Вертикальный градиент модуля стока на 100 м поднятия г 5, ^ л/(с-км2)* 3, %**

I М=ОДЮ60Я^51| 0,60 0,91 0,34 4,4

II М = 0,0062# + 2,82 0,62 0,66 0,76 6,3

III М = 0,0096# + 2,01 0,96 0,67 1,67 14,1

* 5** <5- средняя квадратическая ошибка уравнения; - средняя относительная ошибка.

Важной характеристикой многолетней изменчивости годового стока является коэффициент вариации (Су), представляющий собой отношение среднего квадратичного отклонения ряда к норме. Коэффициент вариации годового стока по территории Магаданской области меняется в широких пределах, так на Охотском побережье он лежит в пределах 0,22-0,39, в центральных районах - 0,19-0,58. Коэффициент вариации суммарного годового стока рек Магаданской области составляет 0,20.

Для р. Колымы на участке створ Колымская ГЭС - Гидроствор Колымское 1 установлена связь коэффициента вариации годового стока С» с площадью водосбора /<" (км2)

Су= 0,30-0,016^.

Для рек центральных районов Магаданской области получено следующее уравнение для определения коэффициента вариации годового стока

С„= 0,17 + (1,36 -0,181§/)/Л/,

где М - норма модуля годового стока (л/с-км1).

Уравнение для определения коэффициента вариации годового стока рек Охотского побережья по структуре имеет аналогичный вид

Су= 0,17 + (3,10 - 0,47^/0/ М.

Обратная связь коэффициента вариации с площадью водосбора вполне объяснима. Чем больше величина бассейна, тем больше проявляется его роль как регулятора стока. В пределах большого бассейна разнообразнее количество и режим поступления талых и дождевых вод. Увеличение типов подстилающей поверхности приводит к пространственному разнообразию режима испарения. Возрастание глубины вреза речных русел увеличивает долю подземного стока.

2. Совместное использование данных наблюдений за расходом рек и расчетов характеристик стока по их районированным зависимостям от географических параметров водосборов позволяет получить представление о пространственной структуре водообеспеченности территории, построить карты модуля стока, предложить методы оценки локальных и интегральных водных ресурсов Магаданской области.

По данным натурных наблюдений и с использованием формулы редукции стока (2) для неосвещенной наблюдениями части Охотского побережья была построена карта модуля годового стока рек Магаданской области (рис. 4).

О 100 200 км

I_I_I

Рис. 4. Карта-схема модуля годового стока (л/(С'Км2)) рек Магаданской области.

Анализ построенной карты показывает, что распределение годового стока по территории области в общих чертах повторяет распределение годовых сумм осадков -увеличение модуля стока в направлении с северо-востока на юго-запад. В центральных районах области модуль стока лежит в пределах 6-12 л/(с -км2), на Охотском побережье -12-20 л/(с-км2). Более высокие значения модуля стока рек Охотского побережья могут быть связаны с особенностями атмосферной циркуляции и орографией местности.

Как было показано выше, модуль годового стока рек центральных районов области зависит от высоты водосбора. По полученным вертикальным градиентам модуля годового стока (см. табл. 2) величины модуля стока в пунктах наблюдений за стоком были приведены к высоте 800 м. Выбор этой высоты был обусловлен тем, что средняя высота водосборов большинства пунктов наблюдений за стоком находится в диапазоне

600-1000 м над уровнем моря. По полученным расчетным данным путем их пространственной интерполяции была построена карта модуля годового стока рек центральных районов Магаданской области для высоты 800 м (рис. 5). На этой карте исключена высотная зависимость модуля стока, что позволяет увидеть и проанализировать его горизонтальную структуру.

Рис. 5. Карта-схема модуля годового стока (л/(с-км )) рек центральных районов Магаданской области для высоты 800 м. Пунктиром обозначен водораздел между бассейнами Тихого и Северного Ледовитого океанов.

На основе полученных карт и районных формул по определению нормы и коэффициента вариации были разработаны конкретные рекомендации, по расчету средних годовых расходов воды различной обеспеченности для любой неизученной реки Магаданской области, которые внедрены в Колымском УГМС (решение Технического совета Колымского УГМС от 29.09.2005 № 7). Применение новых схем расчета позволяет повысить точность определения расчетных гидрологических характеристик на 5-10 % по сравнению с методикой, описанной в монографии «Ресурсы поверхностных вод СССР».

С использованием полученных формул и карт модуля годового стока, по заказу Государственной водной службы Управления природных ресурсов по Магаданской области были рассчитаны ресурсы речных вод Магаданской области (табл. 3 и 4).

Таблица 3

Отток речных вод из Магаданской области

Территория, на которую осуществляется отток речных вод Объем годового стока, км3

Республика Сача (Якутия) 56,1

Чукотский АО 18,1

Корякский АО 4,72

Охотское море 59,9

Всего: 139

Таблица 4

Ресурсы речных вод Магаданской области

Отток речных вод Приток речных вод Местный сток рек Водообеспеченность, тыс. л(3/год на 1 км2

км"Угод доля от общих ресурсов, % кл^/год доля от общих ресурсов, % км3/год нот от общих ресурсов, % местным стоком общими ресурсами

139 100 6,65 4,8 132 95,2 286 301

3. Для прогнозирования с практически приемлемой точностью годового стока рек Магаданской области могут быть построены физико-статистические модели в форме множественных линейных регрессий от возможных влияющих на него факторов.

Многолетняя изменчивость годового стока рек обусловливается непостоянством протекающих в атмосфере геофизических процессов, которые в свою очередь обусловливают изменчивость климатических факторов формирования стока. Так, А.П. Резников (1991) указывает, что многолетняя изменчивость геофизических процессов определяется множеством внешних факторов различных масштабов - космического (солнечная активность, приливообразующие силы, межпланетное магнитное поле и др.), планетарного (геомагнитная активность, физические характеристики высоких слоев атмосферы, состояние «тепловой машины» океан-атмосфера и пр.), регионального

(гидрометеорологический режим, климатический тренд, антропогенные воздействия и т.д.).

Для анализа многолетних колебаний годового стока были выбраны пункты наблюдений с площадями водосбора более 10000 км2 и ряд суммарного годового оттока речных вод с территории Магаданской области. Ряды годового стока были исследованы на наличие тренда. Расчеты показали, что рассматриваемые ряды стока не имеют тренда.

Для дальнейшего анализа ряд суммарного годового стока рек Магаданской области был отфильтрован скользящей средней арифметической с 30-летним интервалом осреднения (рис. 6). По полученному графику можно судить о том, как с течением времени меняется выборочная «норма» стока, рассчитанная за период 30 лет. Как видно на рис. 6, скользящая «норма» постепенно понижается, однако эта тенденция не выходит за пределы 5 %-ной доверительной границы, то есть это понижение не является статистически значимым.

W 155 150 145 140 135 130

1960 1970 1980 1990 2000 2010 Т, годи

Рис. 6. Ряд суммарного годового стока рек Магаданской области, отфильтрованный

скользящей средней с интервалом осреднения 30 лет (пунктиром обозначены доверительные границы при уровне значимости 5 %).

Автокорреляционный и спектральный анализ ряда суммарного стока рек Магаданской области позволяет с вероятностью 95 % принять гипотезу о наличии в колебаниях годового стока рек Магаданской области 6-летней цикличности. Возможно, наличие этой гармоники связано с 11-летним циклом солнечной активности. Колебания водности рек Магаданской области были сопоставлены с индексами солнечной

п S»

V/1 \VA

активности (числами Вольфа). Для этого известным методом «наложения эпох» были рассчитаны осредненные значения суммарного годового стока, приведенного к стандартному виду, внутри солнечных циклов. Как видно на рис. 7, один солнечный цикл включает в себя два 6-летних цикла колебания водности рек. Учитывая это, вполне вероятно, что 6-летний цикл в колебаниях годового стока через длинную цепочку причинно-следственных связей обусловлен солнечной активностью.

Хс

Рис. 7. Осредненные значения суммарного годового стока рек Магаданской области, приведенного к стандартному виду, внутри солнечного цикла (абсцисса, равная нулю, соответствует году пика солнечной активности).

Из вероятностных моделей многолетних колебаний речного стока наибольшее распространение получили модели в виде чисто случайной величины, простой и сложной цепи Маркова. Исходя из анализа многолетних колебаний водности рек, можно предположить, что годовой сток представляет собой реализацию случайного процесса к которому применима статистическая модель сложной цепи Маркова. На основе этого были предприняты попытки получить методы прогноза годового стока по Марковским моделям разного порядка. Однако это не привело к положительным практическим результатам, так как информации, содержащейся внутри самих рядов, по-видимому, не достаточно для успешного прогнозирования годового стока. В связи с этим для решения прогностических задач необходимо привлекать дополнительную информацию. Возможная технология решения таких задач была рассмотрена на примере двух важных для региона гидрологических характеристик.

Для более эффективного регулирования стока р. Колымы в каскаде ГЭС требуются прогнозы притока воды к Колымскому водохранилищу и бокового притока к водохранилищу Усть-Среднеканской ГЭС по крайней мере на один год вперед. Необходимость таких прогнозов обусловлена следующими причинами. Во-первых, ежегодно в апреле перед Колымской ГЭС стоит дилемма: для пропуска волны весеннего половодья производить холостые сбросы воды из водохранилища или пег, а если и производить, то в каком объеме. Так, если год окажется маловодным, то в результате холостых сбросов воды при ориентации на норму Колымское водохранилище может «уйти» в предстоящую зиму с недостаточным объемом воды, что вызовет снижение выработки электроэнергии в зимний период или даже к остановке ГЭС к маю будущего года. Во-вторых, почти ежегодно в период летне-осенней межени Колымская ГЭС осуществляет холостые сбросы воды для обеспечения судоходных уровней на р. Колыме, и в этом случае перед энергетиками тоже встает задача о допустимой величине холостых сбросов воды из водохранилища. При пуске в эксплуатацию водохранилища Усть-Среднеканской ГЭС острота, вышеописанной проблемы, значительно снизится, однако в сильно маловодные годы она останется.

Разработкой методов прогнозов годового стока занималось много исследователей. В качестве предикторов обычно берут различные индексы гелиогеофизических процессов (солнечная активность, нутация земной оси, атмосферная циркуляция, термика океана и др.) и/или предшествующие значения годового стока (авторегрессия). Во многих случаях механизмы (природа) этих дальних асинхронных связей не ясны. Однако это обстоятельство не должно служить препятствием для решения проблемы сверхдолгосрочного прогнозирования с применением обнаруженных эмпирических связей. Так, Л.Р. Ракипова (1974) для частного случая отмечает, что отсутствие знаний механизмов солнечно-земных связей не может служить препятствием для решения проблемы прогнозирования погоды с их учетом эмпирическими и статистическими методами.

При разработке методов прогноза годового притока к Колымскому водохранилищу и бокового притока к Усть-Среднеканскому водохранилищу в качестве основного предиктора были взяты физически обоснованные показатели запаса воды в снежном покрове на конец года, предшествующему прогнозируемому. Для поиска других предикторов были проанализированы взаимные корреляционные функции между

рядами предиктанта и различными индексам циркуляции атмосферы. Эффективными предсказателями оказались месячные индексы арктической осцилляции и южного колебания. В результате были построены удовлетворительные уравнения для прогноза годового притока воды в водохранилища Колымской ГЭС и Усть-Среднеканской ГЭС, сведения о качестве которых приведены в табл. 5.

Таблица 5

Качество уравнений для прогноза годового притока воды в водохранилища каскада ГЭС на р.Колыме

Водохранилище Л Результаты испытаний на независимом материале (1995-2007 гг.)

Отношение 8/а Средняя относительная ошибка Оправ дываемость прогнозов

Колымское 0,70 0,79 12,3 % 76,9 %

Усть-Среднеканское 0,71 0,77 9,9% 76,9 %

Данная прогностическая схема внедрена в Колымском УГМС (решение Технического совета Колымского УГМС от 28.12.2006 № 9).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В рамках выполненного исследования были получены следующие основные результаты.

1. Для 74 гидрометрических створов рассчитаны параметры кривых распределения средних годовых расходов воды (среднее, коэффициент вариации, отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации ).

2. Проведены сравнительные расчеты оценки среднего многолетнего значения расхода разными методами для выбранной группы рек.

3. Территория Магаданской области разделена на гидрологически однородные районы, для которых выведены районные формулы для определения норм годового стока неизученных рек. Построены расчетные карты модуля годового стока рек области, обобщающие данные наблюдений по 2002 г.

4. Установлено, что для пространственного распределения годового стока рек Магаданской области характерна широтная географическая зональность, нарушаемая высотной поясностью.

5. Существенно уточнена количественная оценка ресурсов речных вод области, впервые вычислены суммарные значения оттока речных вод различной обеспеченности.

6. На основе учета статистических закономерностей в пространственном распределении особенностей формирования водных ресурсов произведено районирование Магаданской области в целях получения новых районных зависимостей для определения нормы и коэффициента вариации годового стока неизученных рек.

7. На основе полученных карт и районных зависимостей разработаны конкретные рекомендации по определению годового стока неизученных рек различной обеспеченности. Автором составлена компьютерная программа Нус1госа1, которая позволяет реализовать эту задачу на ПЭВМ. Эта программа используются в Колымском УГМС при проведении гидрологических расчетов (решение Технического совета Колымского УГМС от 29.09.2005 № 7).

8. Впервые разработаны удовлетворительные методы прогноза годового притока воды к водохранилищам Колымской ГЭС и Усть-Среднеканской ГЭС на основе множественных регрессионных моделей. Предикторами стока в этих моделях послужили показатели снегозапасов, месячные индексы атмосферной циркуляции (южного колебания, арктической осцилляции). Оправдываемость проверочных прогнозов на независимом материале (1995-2007 гг.) составила 76,9 %. Для удобства составления прогнозов годового притока воды к водохранилищам автором составлена компьютерная программа, которая установлена в Колымском УГМС.

9. Разработанная схема прогноза годового притока воды к каскаду водохранилищ на р. Колыме после прохождения производственных испытаний внедрена в Колымском УГМС (решение Технического совета Колымского УГМС от 28.12.2006 № 9). Эти прогнозы в случае их дальнейшей успешности позволят повысить эффективность работы каскада ГЭС.

По полученным результатам можно сделать следующие выводы.

1. Рассчитанные отношения коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации могут послужить для оценки этого параметра для слабоизученных и неизученных рек Магаданской области.

2. Применение современных приемов обработки позволяет получить более надежные оценки искомых статистических оценок.

3. Для рек Охотского побережья и р. Колымы ниже створа Колымской ГЭС характерно уменьшение модуля годового стока с увеличением водосборной площади. Для остальных рек Магаданской области прослеживается увеличение модуля стока со средней высотой водосбора, поскольку они расположены в горных районах.

4. Автокорреляционный и спектральной анализ ряда суммарного годового стока рек выявил 6-летнюю цикличность в многолетних колебаниях водности. Показано, что вероятной причиной 6-летней цикличности годового стока является солнечная активность.

5. Установлено, что связь между смежными значениями годового стока отсутствует. Это объясняется малой регулирующей ёмкостью речных водосборов, что обусловлено наличием многолетней мерзлоты и преимущественно горным характером рельефа. Отсутствие связи между смежными значениями годового стока, наличие 6-летнего цикла в колебаниях водности, позволило сделать предположение, что многолетние колебания стока рек Магаданской области не противоречат модели случайного процесса по схеме сложной цепи Маркова. Однако построение и проверка прогностических возможностей таких моделей показала, что в самих рядах стока не содержится достаточно информации для построения прогнозов с практически приемлемой точностью.

6. Результаты данной работы могут послужить научной основой при разработке Территориальных строительных норм по определению расчетных гидрологических характеристик рек Магаданской области, региональных программ по рациональному использованию и охране водных ресурсов.

Проведённые исследования могут быть продолжены в направлениях:

• установление региональных зависимостей модуля годового стока рек Магаданской области и коэффициента вариации от ландшафтных характеристик водосборов путём использования географических информационных систем;

• распространение, изложенных в данной работе, приемов выявления зависимостей параметров кривых распределения годового стока от бассейновых факторов и исследования многолетних колебаний стока на всю территорию Дальневосточного федерального округа России.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Лобанов С.А., Ушаков М.В. Ресурсы речных вод Магаданской области и их многолетняя изменчивость // География и природ, ресурсы. - 2008. - № 3. - С. 86-89.

2. Глубокое В.Н., Ушаков М.В. Экспериментальные исследования воднобалансовых соотношений и многолетних колебаний водности на Северо-Востоке СССР // Тез. докл. в 3-й науч. конф. по проблемам водных ресурсов Дальневосточного экономического района и Забайкалья. - Владивосток: Изд-во ДВНИГМИ, 1988. - С. 49.

3. Ушаков М.В. Гидрометеорологические аспекты рационального использования водных ресурсов Магаданской области // Северо-Восток России: прошлое, настоящее, будущее: Тез. докл. региональной науч. конф. - Магадан, 1998. - С. 240-241.

4. Ушаков М.В. Привлечение дальних внутрирядных и асинхронных связей для прогноза бокового притока в Усть-Среднеканское водохранилище на месяц, квартал, год // Гидрометеорология Дальнего Востока и окраинных морей Тихого океана: Тез. докл. науч. конф. - Владивосток: Изд-во ДВНИГМИ, 2000. - С. 104-105.

5. Ушаков М.В. Некоторые сигналы современного глобального потепления в Магаданской области и Охотском море // Колымские вести. - Магадан: Изд-во СВНЦ ДВО РАН, 2001. - № 12. - С. 49-50.

6. Ушаков М.В. Современные карты модуля годового стока рек Магаданской области // Тез. докл. VI Всеросс. гидролог, съезда. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. - С. 129-130.

7. Ушаков М.В. Норма, изменчивость годового стока рек Магаданской области и возможности его прогнозирования // Гидрометеорология Дальнего Востока и окраинных морей Тихого океана: Тез. докл. научно-практич. конф., посвящ. 55-летию ДВНИГМИ. -Владивосток, 2005. - С. 85-87.

8. Ушаков М.В. Использование данных о длине рек при определении ресурсов речных вод (на примере рек Охотского побережья Магаданской области) // Окружающая природная среда - 2007: актуальные проблемы экологии и гидрометеорологии - интеграция образования и науки. Тез. докл. Второй междунар. научно-технич. конф, - Одесса, 2007.-С. 121.

Подписано к печати 29.09.2008 г Формат 60*84/16 Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз Заказ № 408. Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН 664033 г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Ушаков, Михаил Вилорьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ РЕК МАГАДАНСКОЙ ОБЛАСТИ КАК ФАКТОР ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ.

1.1. Гидрометеорологические аспекты рационального использования речных водных ресурсов в различных отраслях экономики.

1.1.1 .Горная промышленность.

1.1.2. Гидроэнергетика.

1.1.3. Речной транспорт.

1.1.4. Коммунальное хозяйство.

1.2. Антропогенное воздействие предприятий Магаданской области на ресурсы речных вод.

1.2.1. Загрязнение поверхностных вод.

1.2.2. Изменения гидрологического режима.

1.3. Основные проблемы актуализации и уточнения гидрологической информации и возможные пути их решения.

2. ИНФОРМАЦИОННОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧ УТОЧНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЧНОГО СТОКА.

2.1. Исходные данные.

2.1.1. Данные гидрологических наблюдений.

2.1.2. Региональные и глобальные метеорологические данные.

2.1.3. Географическое зонирование территории Магаданской области.

2.2. Классические методы оценки нормы и изменчивости годового стока.

2.2.1. Оценка однородности ядов.

2.2.2. Восстановление коротких рядов по рядам аналогам.

2.2.3. Расчет средних значений и характеристик изменчивости.

2.2.4. Регрессионный анализ и моделирование.

2.3. Методы расчета статистических характеристик речного стока, основанные на учете информативности исходных данных.

2.3.1. Вероятностное описание точности и надежности исходных данных.

2.3.2. Ядерная оценка плотности распределения.

2.3.3. Вычисление числовых статистических оценок на основе ядерной оценки плотности распределения.

3. УТОЧНЕНИЕ И ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДЕТАЛИЗАЦИЯ КЛИМАТИЧЕСКОЙ НОРМЫ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЧНОГО СТОКА.

3.1. Географические и климатические факторы пространственной изменчивости стока.

3.2. Оценка статистических характеристик стока по данным гидрологических наблюдений.

3.2.1. Расчет по классической схеме.

3.2.2. Применение новой схемы расчета для уточнения среднего многолетнего значения расхода воды рек.

3.3. Районирование зависимости модуля годового стока рек от характеристик водосбора.

3.3.1. Зонирование Магаданской области по условиям формирования стока .

3.3.2. Уравнения редукции модуля годового стока по площади водосбора и , длине рек.

3.3.3. Оценки зависимости модуля годового стока рек центральных районов j Магаданской области от высоты водосбора.

3.4. Районированные зависимости коэффициента вариации стока рек.

3.5. Пространственная структура и ресурсы годового стока рек Магаданской | области.

3.5.1. Карты модуля годового стока Магаданской области.

3.5.2. Карта модуля стока центральных районов Магаданской области, { приведенная к высоте 800 м

3.5.3. Рекомендации по определению среднего значения модуля годового J стока неизученных рек на основе построенных карт и районированных зависимостей.

3.5.4. Оценка ресурсов речных вод Магаданской области.

4. ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ И МОДЕЛИ ПРЕДСКАЗАНИЯ >

ГОДОВОГО СТОКА.

4.1. Исследование характеристик нестационарности рядов годового стока.

4.1.2. Тренды годового стока.

4.1.3. Автокорреляционный и спектральный анализ рядов годового стока

4.2. Моделирование годового стока как случайного марковского процесса.

4.2.1. Построение и проверка предсказательной способности марковских моделей разного порядка.

4.2.2. Поиск марковских моделей оптимальной сложности.

4.3. Регрессионные прогностические модели годового стока.

4.3.1. Осадки и температура воздуха как возможные предикторы годового стока .

4.3.2. Солнечная активность как вероятный фактор межгодовой , изменчивости стока.

4.3.3. Физико-статистические многофакгорные модели предсказания i годового притока к Колымскому и Усть-Среднеканскому водохранилищам

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пространственная структура и временная изменчивость годового стока рек Магаданской области"

Актуальность темы. Важнейшее место в ландшафтной оболочке

Земли, в процессах происходящих в ней, в формировании экосистем, в хозяйственной деятельности человека занимают реки. Как известно, вода является незаменимым восполняемым природным ресурсом, без которого невозможна жизнь на нашей планете. В.И. Вернадский в [17] писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравнится с ней по влиянию на ход основных самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, живого тела, которое бы её не заключало».

Актуальность дааной работы обусловлена назревшей необходимостью разработки долгосрочных планов мероприятий, направленных на улучшение качества поверхностных вод, подверженных антропогенному влиянию, на рациональное использование водных ресурсов Магаданской области, в том числе и на выработку оптимальных режимов регулирования стока: водохранилищами. Водные ресурсы рек Магаданской области используются, главным образом, горной промышленностью, энергетикой, речным транспортом, коммунальным хозяйством. Для решения практических задач при перспективном планировании использования водных ресурсов необходима оценка водообеспеченности территории. Так, Государственная водная служба Управления природных ресурсов по Магаданской области заказала Колымскому УГМС в 2003 г. выполнение научно-исследовательской работы «Оценка современных ресурсов поверхностных вод Магаданской области (гидрологический и гидрохимический режим рек)», научным руководителем которой был автор. Часть результатов, указанной научно-исследовательской работы, легла в основу настоящей диссертации.

В рамках государственной политики по разработке и совершенствованию государственного нормирования и стандартов в природопользовании, по оценке состояния окружающей среды в стране планируется создание

Территориальных строительных норм субъектов Российской Федерации». Поэтому понятна необходимость построения современных карт модуля годового стока, установления районных зависимостей для определения нормы и коэффициента вариации годового стока неизученных рек. Требуется количественное уточнение ресурсов речных вод области, во-первых, из-за существенного удлинения рядов наблюдений за стоком, во-вторых, из-за усилившейся антропогенной нагрузки на речные водосборы и в связи с современными глобальными изменениями климата, которые могут вызвать изменения нормы годового стока. Для оперативного управления водопользованием требуются также разработки методов прогноза годового стока.

Объектом исследования являются реки и речные бассейны Магаданской области. Предмет исследования составляют закономерности формирования и пространственно-временная изменчивость годового сток рек.

Целью работы является количественная оценка водных ресурсов рек Магаданской области, их пространственной структуры и многолетней изменчивости. Для ее достижения были поставлены следующие задачи: построить карты модуля годового стока, выявить районные зависимости нормы и коэффициента вариации годового стока от морфометрических характеристик речных водосборов, проанализировать многолетние колебания годового стока рек, исследовать стоковые ряды на наличие тренда, выявить предикторы, при помощи которых можно прогнозировать годовой сток.

Исходные материалы и использованные методы. В работе использовались данные многолетних гидрометеорологических наблюдений (средние годовые расходы воды, данные об атмосферных осадках, температуре воздуха, испарении с поверхности воды и почвы) на территории Магаданской области, данные о морфометрических характеристиках речных водосборов (площадь и средняя высота водосборов, длины рек), сведения о распространении многолетней мерзлоты, а также многолетние данные о различных индексах атмосферной циркуляции.

При проведении исследования использовались классические и современные методы математической статистики по обработке временных рядов (оценка статистических параметров, анализ пространственно-временной однородности рядов, регрессионный анализ, спектральный анализ), методы графического и картографического представления исходного материала и результатов анализа. Расчеты выполнялись на ПЭВМ по программам, которые были разработаны автором.

Научная новизна работы. На основе совместного анализа информации о физико-географических условиях и данных гидрологических наблюдений произведено зонирование Магаданской области в целях получения новых уточненных районных зависимостей для определения нормы и коэффициента вариации годового стока неизученных рек, построены современные расчетные карты модуля годового стока рек области и разработаны конкретные рекомендации по их использованию. При оценке нормы годового стока на отдельных постах применен современный метод вычислений, основывающийся на более полном и взвешенном учете исходных данных. На основе обработки и анализа большого материала существенно уточнена количественная оценка ресурсов речных вод области. При подсчете водных ресурсов рек Охотского побережья Магаданской области на основе использования данных о длине малых рек оценен рассредоточенный стока. Вычислены суммарные значения стока рек Магаданской области различной обеспеченности. Предложено объяснение отсутствия связи между смежными значениями годового стока рек Магаданской области. Впервые разработаны удовлетворительные методы прогноза годового притока воды к водохранилищам каскада ГЭС на р. Колыме с привлечением в качестве дополнительных предикторов месячных индексов атмосферной циркуляции (южного колебания и арктической осцилляции).

Практическая ценность и возможность реализации. Полученные результаты позволяют с практически приемлемой точностью определять годовой сток различной обеспеченности любой неизученной реки Магаданской области, прогнозировать годовой приток воды к водохранилищам на р. Колыме, что позволит повысить эффективность использования водных ресурсов предприятиями различных отраслей экономики. Для реализации этих задач на ПЭВМ автором составлены соответствующие компьютерные программы, которые используются в Колымском УГМС. Существенно уточнены ресурсы речных вод области, получены представления о их многолетней изменчивости. Результаты данной работы могут послужить информационно-методической основой для разработки Территориальных строительных норм по определению расчетных гидрологических характеристик рек Магаданской области.

Апробация работы. Промежуточные результаты работы докладывались на Региональной научной конференции «Северо-Восток России: прошлое, настоящее, будущее» (Магадан, 1998), научной конференции" «Гидрометеорология Дальнего Востока и окраинных морей Тихого океана» (Владивосток, 2000), на VI Всероссийском гидрологическом съезде (С-Петербург, 2004), на Научно-практической конференции, посвященной 55-летию ДВНИГМИ (Владивосток, 2005), на расширенном заседании кафедры ■ гидрологии суши и охраны водных ресурсов Института окружающей среды Дальневосточного государственного университета (Владивосток, 2005), на Второй международной научно-технической конференции «Окружающая природная среда - 2007: актуальные проблемы экологии и гидрометеорологии - интеграция образования и науки» (Одесса, 2007), на расширенном семинаре лаборатории гидрологии и климатологии Института географии СО РАН (Иркутск, 2008). По теме диссертации опубликовано 8 работ, из которых одна статья в рецензируемом научном журнале.

Личный вклад автора состоит в выборе методов исследования, в обработке обширного статистического материала по гидрометеорологическому режиму Магаданской области и анализе полученного графического и картографического материала, в разработке физико-статистического метода долгосрочного прогноза притока воды к водохранилищам каскада ГЭС на р.Колыме и его испытании на независимом материале.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Объём её составляет 129 страниц, включает 26 иллюстраций и 23 таблицы. Список использованной литературы содержит 115 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Ушаков, Михаил Вилорьевич

основные результаты.

1. Для 74 гидрометрических створов рассчитаны параметры кривых распределения средних годовых расходов воды (среднее, коэффициент вариации, отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации ).

2. Проведены сравнительные расчеты оценки среднего многолетнего значения расхода разными методами для выбранной группы рек.

3. Территория Магаданской области разделена на гидрологически однородные районы, для которых выведены районные формулы для определения норм годового стока неизученных рек. Построены расчетные карты модуля годового стока рек области, обобщающие данные наблюдений по 2002 г.

4. Установлено, что для пространственного распределения годового стока рек Магаданской области характерна широтная географическая зональность, нарушаемая высотной поясностью.

5. Существенно уточнена количественная оценка ресурсов речных вод области, впервые вычислены суммарные значения оттока речных вод различной обеспеченности.

6. На основе учета статистических закономерностей в пространственном распределении особенностей формирования водных ресурсов произведено районирование Магаданской области в целях получения новых районных зависимостей для определения нормы и коэффициента вариации годового стока неизученных рек.

7. На основе полученных карт и районных зависимостей разработаны конкретные рекомендации по определению годового стока неизученных рек различной обеспеченности. Автором составлена компьютерная программа НусЗгоса!, которая позволяет реализовать эту задачу на ПЭВМ.

Эта программа используются в Колымском УГМС при проведении гидрологических расчетов (решение Технического совета Колымского УГМС от 29.09.2005 № 7).

8. Впервые разработаны удовлетворительные методы прогноза годового притока воды к водохранилищам Колымской ГЭС и Усть-Среднеканской ГЭС на основе множественных регрессионных моделей. Предикторами стока в этих моделях послужили показатели снегозапасов, месячные индексы атмосферной циркуляции (южного колебания, арктической осцилляции). Оправдываемость проверочных прогнозов на независимом материале (1995-2007 гг.) составила 76,9 %. Для удобства составления прогнозов годового притока воды к водохранилищам автором составлена компьютерная программа, которая установлена в Колымском УГМС.

9. Разработанная схема прогноза годового притока воды к каскаду водохранилищ на р. Колыме после прохождения производственных испытаний внедрена в Колымском УГМС (решение Технического совета Колымского УГМС от 28.12.2006 № 9). Эти прогнозы в случае их дальнейшей успешности позволят повысить эффективность работы каскада ГЭС.

По полученным результатам можно сделать следующие выводы.

1. Рассчитанные отношения коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации могут послужить для оценки этого параметра для слабоизученных и неизученных рек Магаданской области.

2. Применение современных приемов обработки позволяет получить более надежные оценки искомых статистических оценок.

3. Для рек Охотского побережья и р.Колымы ниже створа Колымской ГЭС характерно уменьшение модуля годового стока с увеличением водосборной площади. Для остальных рек Магаданской области прослеживается увеличение модуля стока со средней высотой водосбора, поскольку они расположены в горных районах.

4. Автокорреляционный и спектральной анализ ряда суммарного годового стока рек выявил 6-летнюю цикличность в многолетних колебаниях водности. Показано, что вероятной причиной 6-летней цикличности годового стока является солнечная активность.

5. Установлено, что связь между смежными значениями годового стока отсутствует. Это объясняется малой регулирующей ёмкостью речных водосборов, что обусловлено наличием многолетней мерзлоты и преимущественно горным характером рельефа. Отсутствие связи между смежными значениями годового стока, наличие 6-летнего цикла в колебаниях водности, позволило сделать предположение, что многолетние колебания стока рек Магаданской области не противоречат модели случайного процесса по схеме сложной цепи Маркова. Однако построение и проверка прогностических возможностей таких моделей показала, что в самих рядах стока не содержится достаточно информации для построения прогнозов с практически приемлемой точностью.

6. Результаты данной работы могут послужить научной основой при разработке Территориальных строительных норм по определению расчетных гидрологических характеристик рек Магаданской области, региональных программ по рациональному использованию и охране водных ресурсов.

Проведённые исследования могут быть продолжены в направлениях:

• установление региональных зависимостей модуля годового стока рек Магаданской области и коэффициента вариации от ландшафтных характеристик водосборов путём использования географических информационных систем;

• распространение, изложенных в данной работе, приемов выявления зависимостей параметров кривых распределения годового стока от бассейновых факторов и исследования многолетних колебаний стока на всю территорию Дальневосточного федерального округа России.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках выполненного исследования были получены следующие

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Ушаков, Михаил Вилорьевич, Владивосток

1. Алехин Ю.М. Динамико-статистический метод прогноза геофизических макропроцессов. Труды ЛГМИ, 1961, вып. 11, с. 97-121.

2. Алехин Ю.М. Статистические прогнозы в геофизике. — Л., Изд-во ЛГУ, 1963, 86 с.

3. Алехин Ю.М. Множественное линейное экстраполирование макропроцессов (динамико-статистический метод прогнозирования). -Труды ЛГМИ, 1968, вып. 28, с. 41-59.

4. Алехин Ю.М. Проблема причинности в гидрометеорологических прогнозах большой заблаговременности. Труды ЛГМИ, 1969, вып. 35, с. 39-45.

5. Антропогенные изменения климата. /Под ред. М.И. Будыко и Ю.А. Израэля. Л., Гидрометеоиздат, 1987, 406 с.

6. Бабкин В.И., Плиткин Г.А., Григоркина Т.Е. Многолетние колебания стока рек Забайкалья и Дальнего Востока. Труды ГГИ, 1991, вып. 352, с. 4551.

7. Балек К. Применение стохастической теории для долгосрочного прогнозирования среднегодового стока. В кн.: Статистические методы в гидрологии. - Л., Гидрометеоиздат, 1970, с. 241-244.

8. Бояринцев Е.Л. Оценка потерь стока весеннего половодья в бассейне Верхней Колымы. Метеорология, климатология и гидрология, 1981, вып. 17, с. 17-21.

9. Бояринцев Е.Л., Гопченко Е.Д. Режим поверхностного стока на малых горных водосборах зоны многолетней мерзлоты в междождные периоды. -Труды ДВНИГМИ, 1989, вып. 142, с. 71-81.

10. Будыко М.И., Ефимова H.A., Лугина K.M. Современное потепление. -Метеорология и гидрология, 1993, № 7, с. 29-34.

11. Будыко М.И., Ефимова H.A., Строкина Л.А. Эмпирические оценки изменения климата к концу XX столетия. Метеорология и гидрология, 1999, № 12, с. 5-12.

12. Великанов М.А. Гидрология суши. М. Л., Гидрометеоиздат, 1948, 530 с.

13. Великанов М.А. К вопросу о применении в расчетах и прогнозах речного стока генетического и статистического методов. /В кн.: Многолетние колебания стока и вероятностные методы его расчета. — М., Изд-во МГУ, 1967, с. 104-107 с.

14. Вернадский В.И. Избранные сочинения. Т. 4, кн. 2. М., Изд-во АН СССР, 1960, 651 с.

15. Владимиров A.M. Сток рек в маловодный период года. Л., Гидрометеоиздат, 1976, 295 с.

16. Владимиров A.M. Гидрологические расчеты. JL, Гидрометеоиздат, 1990,365 с.

17. Воейков А.И. Климаты земного шара, в особенности в России. /В кн.: Избр. соч. М.; Л., 1948, т. 1, с. 163-750.

18. Воскресенский К.П. Норма и изменчивость годового стока рек Советского Союза. — Л., Гидрометеоиздат, 1962, 246 с.

19. Вуглинский B.C. Водные ресурсы и водный баланс крупных водохранилищ СССР. Л., Гидрометеоиздат, 1991, 223 с.

20. Гарцман И.Н. Рябчикова Т.К. О распределении средних многолетних годовых осадков и стока по территории Верхней Колымы и северного побережья Охотского моря. Труды ДВНИГМИ, 1972, вып. 39, 240 с.

21. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток. /Под ред. Э.Д. Ершова. -М., Недра, 1989, 515 с.

22. Геология СССР. Т. 30. Северо-Восток СССР. Геологическое строение.

23. Кн. 1. М., Недра, 1970, 548 с.

24. Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. Л., Гидрометеоиздат, 1979, 431 с.

25. Давыдова М.И., Каменский А.И., Неклюкова Н.П., Тушинский Г.К. Физическая география СССР. М., Изд-во «Просвещение», 1966, 847 с.

26. Дружинин И.П., Коноваленко З.П., Кукушкина В.П., Хамьянова Н.В. Речной сток и геофизические процессы. М., Наука, 1966, 295 с.

27. Ефимович П.А. Вопросы водохозяйственных расчетов в гидрологии. — М., Изд. ОНТИ, 1935, 320 с.

28. Иванов Е.Г. Районирование территории Восточной Сибири и Дальнего Востока по характеру многолетних колебаний водоносности рек. -Труды ДВНИГМИ, 1972, вып. 39, с. 3-8.

29. Израэль Ю.А., Груза Г.В., Катцов В.М., Мелешко В.П. Изменение глобального климата. Роль антропогенных воздействий. Метеорология и гидрология, 2001, № 5, с. 5-22.

30. Использование и охрана водных ресурсов Магаданской области в 2002 г. /В сб.: Тезисы Государственного доклада // Новая Колыма, 2003, № 1. Магадан, Управление природных ресурсов по Магаданской области, 2003, с. 11-13.

31. Калабин А.И. Вечная мерзлота и гидрогеология Северо-Востока СССР. Труды ВНИИ-1, 1960, 470 с.

32. Картвелишвили H.A. Теория вероятностных процессов в гидрологии и регулировании речного стока. — JL, Гидрометеоиздат, 1967, 291 с.

33. Картвелишивили H.A., Малкин JI.M. Целесообразные формы математического описания речного стока. /В кн.: Многолетние колебания стока и вероятностные методы его расчета. М., Изд-во МГУ, 1967, с. 135141 с.

34. Картвелишвили H.A. Стохастическая гидрология. JL, Гидрометеоиздат, 1975, 163 с.

35. Клибашев К.П., Грошков И.Ф. Гидрологические расчеты. JI., Гидрометеоиздат, 1971, 460 с.

36. Козовец Н.Е. Мониторинг окружающей среды Магаданской области. /В сб.: Тезисы докладов Региональной научной конференции «Северо-Восток России: прошлое, настоящее, будущее». Магадан, Администрация Магаданской области, 1998, с. 208-209.

37. Комлев A.M. Закономерности формирования и методы расчетов речного стока. Пермь, Изд-во Перм. ун-та, 2002, 163 с.

38. Конаржевский JI. М. О несоответствии эмпирических кривых обеспеченностей некоторых гидрологических характеристик теоретической форме кривых Пирсона Ш-го типа. Труды III Всесоюзного гидрологического съезда, т. 2. JL, Гидрометеоиздат, 1959, 762 с.

39. Кондратьев К.Я., Демирчян К.С. Климат Земли и «Протокол Киото». -Вестник Российской академии наук, 2001, т. 71, № 11, с. 1002-1009.

40. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Расчеты речного стока. М.; Л., Госстройиздат, 1934, 259 с.

41. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. К вопросу о приемах исследования колебаний речного стока. Труды НИУ ГУГМС, 1946, сер. 4, вып. 29, с. 332.

42. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы речной гидротехники. М.; Л., Изд-во АН СССР, 1950, 377 с.

43. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф., Калинин Г.П., Быков В.Д. Об исследовании многолетних колебаний речного стока. /В кн.: Многолетние колебания стока и вероятностные методы его расчета. М., Изд-во МГУ, 1967, с. 9-24 с.

44. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы управления водохозяйственными системами. М., Наука, 1982, 271 с.

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

46. Кузин П.С., Бабкин В.И. Географические закономерности гидрологического режима рек. Л., Гидрометеоиздат, 1979, 200 с.

47. Левин А.Г. Некоторые особенности условий формирования стока на Крайнем Северо-Востоке СССР. /В сб: Тезисы докладов III Всесоюзного гидрологического съезда. Секция расчетов и прогнозов стока. Л., Гидрометеоиздат, 1957, с. 32-55.

48. Лобанов С.А. Интерпретация оптимальных параметров линейной адаптивной авторегрессионной модели. Труды ДВНИГМИ, 1977, вып. 63, с. 151-155.

49. Лобанов С.А. Явление полимодальности законов распределения годового стока рек. Труды ДВГТУ, 2003, вып. 23, 123-128 .

50. Лобанов С.А. Полимодальность законов распределения речного стока. Владивосток, Изд-во ДВГАЭУ, 2004, 104 с.

51. Львович М.И. Изменение речного стока под влиянием земледелия. /В кн.: Колебания и изменения речного стока. Изд-во АН СССР, 1960, с. 5888.

52. Львович М.И. Изменения стока р.Хуанхе в связи с осуществлением плана мелиораций в ее бассейне. /В кн.: Колебания и изменения речного стока. Изд-во АН СССР, 1960, с. 146-166.

53. Львович М.И., Назаров Г.В., Разумихин Н.В. Исследования влияния обработки почвы на сток в южном Заволжье. /В кн.: Колебания и изменения речного стока. Изд-во АН СССР, 1960, с. 105-145.

54. Маматканов Д.М. Моделирование и предсказание колебаний речного стока. Фрунзе, Кыргызстан, 1973, 239 с.

55. Международное руководство по методам расчета основных гидрологических характеристик. Л., Гидрометеоиздат, 1984, 247 с.

56. Михайлов В.М. Предпочтительные пути движения грунтовых вод в крупнообломочных аллювиальных отложениях. Колыма, 1999. № 4. с. 2128.

57. Мокляк В.И. О применении периодичности к расчетам и прогнозам годового стока. /В кн.: Многолетние колебания стока и вероятностные методы его расчета. М., Изд-во МГУ, 1967, с. 129-134 с.

58. Музылев C.B., Привольский В.Е., Раткович Д.Я. Стохастические модели в инженерной гидрологии. М., Наука, 1982, 167 с.

59. Научно-прикладной справочник по Климату СССР. Серия 3, ч. 1-6, вып. 33.-Л., Гидрометеоиздат, 1990, 566 с.

60. Ольдекоп Э.М. Об испарении с поверхности речных бассейнов. -Юрьев, 1911, 209 с.

61. Плиткин Г. А. Методика оценки ресурсов речных вод административных единиц за отельные годы и ее практическое применение (на примере Дальневосточного экономического района). Труды ДВНИГМИ, 1979, вып. 76, с. 24-34.

62. Поляков Б.В. Гидрологический анализ и расчеты. JL, Гидрометеоиздат, 1946, 480 с.

63. Пономарев В.И., Каплуненко Д.Д., Крохин В.В. Тенденции изменений климата во второй половине XX века в Северо-Восточной Азии, на Аляске и северо-западе Тихого океана. Метеорология и гидрология, 2005, № 2, с. 15-26.

64. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. JL, Гидрометеоиздат, 1984, 448 с.

65. Природа многолетних колебаний речного стока. /Под ред. И.П. Дружинина. Новосибирск, Наука, 1976, 335 с.

66. Пространственно-временные колебания стока рек СССР. / Под ред. A.B. Рождественского. JI., Гидрометеоиздат, 1988, 376 с.

67. Ракипова JI.P. Взаимодействие между верхними и нижними слоями земной атмосферы для спокойных и возмущенных периодов солнечной активности // Солнечно-атмосферные связи в теории климата и прогнозах погоды.-Д., Гидрометеоиздат, 1974, с. 161-167.

68. Раткович Д.А. Многолетние колебания речного стока. JI., Гидрометеоиздат, 1976, 225 с.

69. Резников А.П. Сверхдолгосрочные прогнозы народному хозяйству. - Иркутск, СЭИ СО АН СССР, 1991, 72 с.

70. Рекомендации по расчету испарения с поверхности суши. JL, Гидрометеоиздат, 1976, 96 с.

71. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. Т. 19. Северо-Восток. — JL, Гидрометеоиздат, 1967, 602 с.

72. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 19. Северо-Восток. JL, Гидрометеоиздат, 1969, 282 с.

73. Рождественский A.B. Оценка точности кривых распределений гидрологических характеристик. JL, Гидрометеоиздат, 1977, 270 с.

74. Рождественский A.B. Пространственно-временные колебания стока рек СССР. JL, Гидрометеоиздат, 1988, 376 с.

75. Сарахунян Э.Н., Смирнов Н.П. Многолетние колебания стока Волги. -JI., Гидрометеоиздат, 1971, 165 с.

76. Смирнов Н.П. О причинах многолетних колебаний стока рек. -Известия ВГО, 1969, т. 101, вып. 5, с. 403-410.

77. Смирнов Н.П. Солнечная активность и колебания стока рек СССР (в том числе Сибири и Дальнего Востока). Известия ВГО, 1974, т. 106," вып. 3, с. 211-216.

78. Соколов A.A. Взаимосвязь морфологических характеристик бассейна и водотока. — Метеорология и гидрология, 1962, №2, с. 14-22.

79. Соколовский Д.Я. Речной сток. JL, Гидрометеоиздат, 1968, 536 с .

80. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М., Госстрой России, 2004, 74 с.

81. Указания по расчету испарения, с поверхности водоемов. JL, Гидрометеоиздат, 1969, 84 с.

82. Ушаков М.В. Многолетние колебания стока рек Чукотки. Труды ДВНИГМИ, 1989, вып. 142, с. 14-20.

83. Ушаков М.В. Оценка испарения с Колымского водохранилища. Отчет о НИР. Магадан, рукопись Колымского УГМС, 1993, 18 с.

84. Ушаков М.В., Островская Т.В. и др. Оценить изменения гидрологического режима реки Колымы ниже Колымской ГЭС. Отчет о НИР. -Магадан, рукопись Колымского УГМС, 1999, 25 с.

85. Ушаков М.В. Некоторые сигналы современного глобального потепления в Магаданской области и Охотском море // Колымские вести. -Магадан: Изд-во СВНЦ ДВО РАН, 2001, № 12, с. 49-50.

86. Ушаков М.В., Галактионова Н.И., Тюрнина О.П., Ефимова Н.В. и др. Оценка современных ресурсов поверхностных вод Магаданской области (гидрологический и гидрохимический режим рек). Отчет о НИР. Магадан, рукопись Колымского УГМС, 2004, 138 с.

87. Факторы формирования общего стока малых горных рек в Субарктике (по материалам Колымской воднобалансовой станции). /Под ред. В.Е. Глотова, Н.В. Ухова. Магадан, СВКНИИ ДВО РАН, 2002, 204 с.

88. Федоровский A.C. Влияние площади водосбора на речной сток на примере некоторых рек Приморья. /В кн.: Стационарные гидрологические исследования. Владивосток, ДВНЦ АН СССР, 1980, с. 117-124.

89. Федоровский A.C. Формирование водных ресурсов малых рек юга Дальнего Востока. Владивосток, ДВНЦ АН СССР, 1985, 124 с.

90. Холоден Е.А., Лобанов С.А. Влияние теплопроводности почвы на элементы водного баланса территорий юга Российского Дальнего Востока. /В сб.: Тезисы докладов VI Всероссийского гидрологического съезда. Секция 5. СПб, Гидрометеоиздат, 2004, с. 17-19.

91. Чеботарев Н.П. О коэффициенте вариации годового стока и его факторов. Метеорология и гидрология, 1949, № 4, с. 77-81.

92. Чеботарев А.И., Харченко С.И. О методах оценки возможных изменений речного стока под влиянием земледелия. — Метеорология и гидрология, 1964, № 7, с. 27-32.

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

94. Шелутко В. А. Численные методы в гидрологии. — Л., Гидрометеоиздат, 1991, 239 с.

95. Arkin P.A. The relationship between interannual variability in the 200 mb tropical wind field and the Southern Oscillation//Mon. Weather Rev., 1982, v. 110, No 10, p. 1393-1404.

96. Hun-el J.W., Kushnir Y., Ottersen G. and Visbec M. The North Atlantic Oscillation: Climatic significance and environmental impact. Geophisical Monograph, 2003, v. 134, doi: 10.1029/134GM01.

97. Vinnikov K. Ya., Groisman P. Ya. and Lugina K.M. Empirical data on contemporary global climate change (temperature and precipitation). J. Climate, 1990, v. 3,No. 6, pp. 662-677.

98. Юб.Великанов M.A. 1962. Ошибки измерения и эмпирические зависимости. Л., Гидрометеоиздат.

99. Вентцель Е.С. 1962.Теория вероятностей. М., Гос. изд-во физ. мат. лит-ры.

100. Гаскаров Д.В., Шаповалов В.И. 1978. Малая выборка. М., Статистика.

101. Игнатов A.B. Оценка полной экспериментальной информации о связи показателей состояния природных объектов // Модели и методы оценки антропогенных изменений геосистем. Новосибирск: Наука, 1986. С. 55-60.

102. Игнатов A.B. Пакет программ для поиска и анализа взаимосвязей между значениями переменных, заданных таблицей совместных реализаций (распространяемая копия на дискете). Иркутск: Институт географии, 1995. - 1 Мб.

103. Игнатов A.B. Опыт вероятностного моделирования и анализа взаимозависимости многомерных географических данных // География и природные ресурсы. 1996, - №4. - С. 149-158.

104. Игнатов A.B. Модели и оптимизационные задачи в проблемахуприродопользования в Байкальском регионе. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 207 с.

105. А.В.Игнатов. Информационное моделирование в гидрологии. -Автореф. дисс. на соиск. уч.ст. д.г.н. Иркутск, 2006.

106. Игнатов A.B., Кравченко В.В. Система территориального мониторинга. Программно-информационный комплекс, (распространяемая копия на CD) Иркутск: Ин-т географии СО РАН, 2002. - 69 Мб.