Введение к работе
Актуальность работы. При проектировании водохранилищ сезонного регулирования необходимо учитывать все факторы, влияющие на уровенный режим в нижнем бьефе. Особую остроту этот вопрос приобретает в случае неучтенных в проекте факторов, приводящих к глубокой русловой эрозии, что имело место на Новосибирском гидроузле. Здесь на процесс деформации русла реки с перехватом транспорта наносов наложилось воздействие мощного техногенного фактора, такого как крупномасштабные работы по выемке аллювиальных (песчано-гравийных) отложений из русловых карьеров, расположенных в нижнем бьефе. В результате совместного воздействия указанных факторов, посадка уровня в нижнем бьефе гидроузла достигла по различным оценкам 180-200 см.
В настоящее время режим работы Новосибирского водохранилища определяется необходимостью поддержания уровня воды в черте города Новосибирска на отметках, обеспечивающих надежную работу систем коммунального и промышленного водоснабжения. В маловодные осенне-зимние периоды запасов воды в водохранилище оказывается недостаточно для обеспечения требуемых для этого попусков воды в нижний бьеф, что приводит к значительной сработке уровня воды в водохранилище ниже уровня мертвого объема (УМО).
Актуальность темы подтверждается тем, что работа выполнена в рамках:
тематического плана научных исследований НГАСУ (Сибстрин) – «Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф»;
проекта № 9 «Анализ и моделирование экстремальных гидрологических явлений в целях разработки мероприятий по предотвращению неблагоприятных последствий и минимизации ущерба на водных объектах Сибири» программы № 13 фундаментальных исследований Президиума РАН «Изменения окружающей среды и климата: природные катастрофы» (2003-2005);
проекта № 7 «Экстремальные гидрологические явления на водных объектах Сибири: анализ, моделирование и изучение связей с климатическими условиями» программы 16 фундаментальных исследований Президиума РАН «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы» (2006-2008);
проекта 7.9.1.4. «Гидрологические и экологические процессы в реках, озерах и водохранилищах, разработка научных основ использования и охраны водных ресурсов Сибири» программы СО РАН 7.9.1 «Изучение гидрологических и экологических процессов в водных объектах Сибири и разработка научных основ водопользования и охраны водных ресурсов (с учетом антропогенных факторов и изменений климата)» (2007-2009).
Работа выполнена при финансовой поддержке:
гранта Президента Российской Федерации для поддержки ведущих научных школ РФ № НШ-22.2003.5 (2003-2005);
проекта РФФИ № 06-05-65076 «Анализ изменчивости сезонного речного стока в бассейне р. Оби в осенне-зимний меженный период и оценка опасности экстремальных маловодий для водохозяйственных и энергетических объектов» (2006-2008).
Целями диссертационной работы являются:
исследование гидрологического режима стока Верхней Оби в зимнее время с использованием статистических методов анализа речного стока;
выполнение комплексного анализа влияния различных гидрологических факторов на условия регулирования стока водохранилищем сезонного регулирования в осенне-зимний период.
Задачи исследования:
изучение колебаний зимнего стока Верхней Оби с использованием методов статистического анализа для выявления частоты экстремальных ситуаций по маловодью;
анализ особенностей эксплуатации водохранилища сезонного регулирования в осенне-зимний период с учетом возможности проявления таких неблагоприятных факторов, как пониженный приток в водохранилище и повышенная потребность в попусках в нижний бьеф (на примере Новосибирского гидроузла);
выявление частоты критических ситуаций, обусловленных дефицитом запаса воды в водохранилище в годы с низким зимним притоком и при обеспечении необходимых попусков.
Достоверность результатов выполненных исследований обеспечивается использованием современных методов стохастической гидрологии, тщательным анализом водного баланса водохранилища в зимний период, анализом реального режима расхода попусков в нижний бьеф за весь период эксплуатации водохранилища как до, так и после проведения землечерпательных работ в зоне г. Новосибирска, приведших к посадке уровня воды в нижнем бьефе.
Научная новизна работы.
Впервые выполнен комплексный анализ влияния различных гидрологических факторов, к которым относятся и сроки прихода волны половодья к водохранилищу, на режим эксплуатации водохранилища сезонного регулирования в зимний период в условиях экстремально низкого притока и особых требований к уровенному режиму нижнего бьефа.
Впервые проведено сопоставление различных законов распределения вероятностей для описания зимнего стока Верхней Оби, в том числе применение метода усеченных распределений, позволяющее наиболее точно аппроксимировать эмпирические данные в зоне высоких обеспеченностей (расходы обеспеченностью 95-99%).
Положения, выносимые на защиту.
-
Результаты сопоставительного анализа различных законов распределения вероятностей и определение наиболее надежных распределений для описания зимнего стока Верхней Оби. Обоснование возможности применения теории усеченных распределений, включающее получение соотношений между моментными оценками полного и усеченного распределений.
-
Оценка риска возникновения экстремальных ситуаций при эксплуатации водохранилища сезонного регулирования, связанных с дефицитом запаса воды в условиях низкого зимнего притока и специфических требований к уровенному режиму нижнего бьефа.
Практическая значимость работы.
Полученные результаты могут быть использованы при оценке риска возникновения экстремальных ситуаций при эксплуатации водохранилищ сезонного регулирования в период зимнего маловодья.
Результаты работы, относящиеся к условиям эксплуатации Новосибирского водохозяйственного комплекса, доводились до сведения Верхне-Обского бассейнового водного управления и использовались администрацией Новосибирской области при выработке рекомендаций по обеспечению надежной работы Новосибирского водохозяйственного комплекса.
Личный вклад автора. Представленные в диссертации материалы получены самим автором или при его непосредственном участии.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в пяти статьях (две статьи — в журналах «Известия вузов. Строительство», «Водные ресурсы»; три статьи опубликованы в материалах международных конференций, в том числе в сборнике докладов «Extreme Hydrological Events: New Concepts for Security, (NATO Science Series: IV Earts and Environmental Sciences – Vol. 78)» и VI Всероссийского Гидрологического съезда), а также в 5 тезисах всероссийских и международных конференций.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах профессорско-преподавательского состава НГАСУ (Сибстрин) (2003-2008 гг.) и семинарах ИВЭП СО РАН (2003-2008 гг.); международной научной конференции «Экстремальные гидрологические события в Арало-Каспийском регионе» (Москва, 2006 г.); Extreme Hydrological Events: New Concepts for Security, NATO ARW (Новосибирск, 2005 г.), VI Всероссийском гидрологическом съезде (Санкт-Петербург, 2004 г.), международной научной конференции «Экстремальные гидрологические события. Теория, моделирование, прогноз» в ИВП РАН (Москва, 2003 г.), конференциях молодых ученых ИВЭП СО РАН (Барнаул, 2004, 2005 гг.); конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» в Институте водных проблем РАН (Москва, 2007 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы состоящего из 186 наименований, в том числе 25 на иностранных языках. Содержит 114 страниц печатного текста, включает 10 рисунков, 3 приложения в объеме 40 страниц.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю академику д.т.н. профессору О. Ф. Васильеву за поддержку, помощь и внимание к работе.
