Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. ФОРМИРОВАНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ вода горных рж ю
I.I. Основные факторысформирующие максимальные расходы воды
Z.2. Оценка пространственной структуры максимальных расходов горных рек. 35
1.3. Экспериментальные и натурные исследования формирования максимального стока паводков 47
1.4. Внутрисуточные колебания расходов воды на пике половодья и паводков 52
ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОСТРАНС ТВЕЕНО- ВРЕМЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ДАВ0ДК00БРАЗУЮІЩХ ОСАДКШ 70
2.1. Паводкообразующие осадки и их повторяемость
2.2. Статистический анализ наибольших в году суточных слоев осадков 90
2.3. Оценка пространственной корреляционной функции суточных максимумов осадков 104
ГЛАВА 3. ЩЗРОЛОПгаЖОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ III
3.1. Анализ отношений средних многолетних максимальных расходов воды к годовым
3.2. Многолетняя изменчивость речного стока и параметр паводочности 122
3.3. Гидрологическое районирование территории Закавказья и Дагестана 142
ГЛАВА 4, ВЕРОЯТНО-СТАТЙСТЙЧВСКИЕ МЕТОШ РАСЧЕТА МАКСИМАЛЬНОГО СТОКА Х52
4.1. Сочетание статистического и генетического анализов при гидрологических расчетах
4.2. Оценка временной статистической однородности исходных данных *53
4.3. Формулы эмпирических обеспеченностей, применяемые в гидрометеорологических расчетах Х59
4.4. Выбор эффективного метода оценки параметров распределения вероятностей 205
4.5. Соответствие аналитических кривых распределения вероятностей данным наблкщений 234
ГЛАВА 5. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОБОБЩЕНИЙ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ В ГОРНЫХ РАЙОНАХ 259
5.1. Обзор методов расчета максимального стока -
5.2. Расчет максимальных расходов половодий неизученных рек 270
5.3. Расчет максимальных расходов паводков неизученных рек 297
5.4. Оценка предельных расходов воды горных рек 307
КЛЮЧЕНИЕ 324
ТЕРАТУРА
РЇЇЛОЖЕНИЕ 353
Введение к работе
Горные системы занимают около 40$ территории СССР, где проживает более 20$ населения. Б горных вершинах аккумулированы огромные запасы воды, их количество на территории СССР, по данным М.В.Котлякова, составляет 2234 км3 /92 /. Основная часть ресурсов пресных вод в виде речного стока формируется в горных районах, которые богаты полезными ископаемыми, гидроэнергетическими ресурсами, велики рекреационные ресурсы, имеются благоприятные условия для развития многоотраслевого сельского хозяйства, особенно продуктивного животноводства, и велика их гидрологическая роль. /108/.
Интенсивное освоение горных территорий и использование водных ресурсов горных рек для удовлетворения все более растущих потребностей сельского хозяйства, гидроэнергетики, промышленности, коммунально-бытового хозяйства и нужд других отраслей народного хозяйства выдвигают ряд требований к повышению точности расчета максимальных расходов воды. От точности определения расчетных максимальных расходов зависят безопасность сооружений и их стоимость. Поэтому вполне актуальными становятся вопросы повышения точности, надежности и эффективности расчетов максимальных расходов воды горных рек за счет строгого статистического анализа исходных материалов и выявления основных стокоформирующих факторов максимального стока.
Значительную роль в развитии методов расчета максимальных расходов воды сыграли исследования Г.А.Алексеева, А.Н.Бефаяи, М.А.Великанова,Ю.Б.Виноградова, К.П.Воскресенского, Г.П.Калинина, Н.А.Картвелишвили, С.Н.Крицкого, М.Ф.Менкеля, Г.Г.Сванидзе, А.А.Соколова, Д.Л.Соколовского, М.Ф.Срыбного, Д.Я.Ратконича, А.В.Рождественского, А.И.Чеботарева, Н.НЛегодаева. Из зарубежных исследователей следует отметить работы У.Раффа, Д.Редда, Ж.Радье, М.Роша, Р.Хазана и др.
К наиболее существенным исследованиям максимального стока горных рек следует отнести работы А.Н.Важнова, Ю.Б.Виноградова, Л.А.Владимирова, Ю.М.Денисова, Г.Д. Ростомова, С.Г.Рустамова, В.Л.%льца и других. Региональные обобщения максимальных расходов приводятся в работах Ф.В.Залесского (1966-1969 г.г.), П.М.Лю-тика (1966-1980 г.г.), В.А.Мурванидзе (I960-I96I г.г.), М.А.Панина (1966 г.), Б.Ф.Первозникова (1975 г.), Н.Г.Гаджибекова и С.Г. Рустамова (1966-1968 г.г.), Г.Д.Ростомова (1969-1982 г.г.), М.В. Цовяна (1967 г.), Е.ФЛекаловского (1982 г.), А.С. Шароглазова (IG77 г.), Р.Хампела (1978 г.), Г.Оздемира (1967,1971 г.г.) и др.
В.Л.Н льц указывал, что влияние рельефа на гидрологические явления в горных странах настолько велико, что региональные различия обычно отступают на второй план /237/. в отдельных горных странах эти различия становятся исчезайте малыми. Поэтому в данной работе более детально изучались вопросы максимального стока горных рек Закавказья и Дагестана. Выбор региона связан с тем, что горная экосистема Кавказа имеет очень сложную орографическую дифференциацию, разнообразную экспозицию и высоту, крутизну склонов, тектоническое и литологическое строение.
Целью исследования являются разработка и усовершенствование методов расчета максимальных расходов горных рек, позволяющих повышать точность, надежность и эффективность гидрологических расчетов.
Особо выдающиеся расходы воды,по существующим статистическим критериям исключаются из рядов максимальных расходов. В существу ющих рекомендациях некоторые параметры расчетных формул имеют одинаковые значения почти для всех горных районов. В частности, показатель редукции в формуле расчетов максимальных расходов половодья и т.д. Из-за существенного проявления геологических и метеорологических факторов максимального стока редукция модуля максимального стока по площади в некоторых регионах явно не выражена, что не было отражено в действующих рекомендациях.
Оценка повторяемости так называемых "отскакивающих" точек требует глубокого анализа условий формирования максимального стока и установления связи между характеристикой многолетнего колебания максимального стока и обеспеченностей этих величин.
Исследования максимального расхода паводка требуют изучения закономерностей распределения атмосферных осадков по территории и пространственной структуры суточных максимумов осадков.
В отличие от равнинных территорий пространственные корреляционные функции как суточных максимумов осадков, так и максимальных расходов, должны представляться с учетом рельефной характеристики территории.
Внутрисуточный ход расходов на пике половодья и паводков горных рек имеет более сложный характер, и необходимо выявить интегральную характеристику факторов.
При региональном обобщении максимальных расходов воды целесообразно гидрологическое районирование территории по единому гидрологическому признаку.
Для достижения поставленной цели было необходимо:
1. Проанализировать однородность, стационарность исходных материалов.
2. Выявить основные факторы, влияющие на формирование максимального стока горных рек.
3. Проанализировать формулы эмпирических обеспеченноетей применяемые в гидрологических расчетах, выбрать эффективный метод оценки параметров распределения вероятностей максимальных расходов воды горных рек и тип аналитической кривой распределения.
4. Оценить пространственную структуру максимальных расходов воды горных рек и суточных максимумов осадков. Проанализировать закономерность распределения паводкообразующих осадков на территории Закавказья и Дагестана.
5. Произвести гидрологическое районирование и региональное обобщение максимальных расходов в горных районах.
В работе изложены общие методологические подходы анализа закономерностей многолетних колебаний максимального стока, атмосферных осадков и других характеристик речного стока с использованием статистического критерия для оценки однородности исходных материалов. Пространственная структура колебания максимальных расходов половодья и паводков, а также наибольшие в году суточные слои осадков определены с помощью пространственной корреляционной функции. Широко используются методы теории вероятностей и математической статистики, наиболее адекватно отображающие стохатическую природу процесса, разрабатываются новые подходы статистического анализа многолетних колебаний максимального стока горных рек. На основании анализа физико-географических условий формирования устанавливались основные факторы формирования максимального стока горных рек. Построение эмпирических зависимостей осуществлялось с помощью регрессионного анализа.
Учитывая разнообразную природу формирования максимальных расходов воды, проводился дифференцированный подход к их расчету, изложенные в работе новые методы определения расчетных характеристик максимального стока базируются на дополнительном анализе уело вий формирования.
Проводимые гидрологические обобщения максимального стока базируются на обширном гидрометрическом материале Госкомгидроме-та СССР, Гидропроекта» на гидрометрических данных, опубликованных в различных изданиях, в том числе на материалах ЮНЕСКО /247/, а также на материале экспериментальных и натурных наблюдений, проводимых автором в различные годы с 1973 по 1982 гг.
Все статистические процедуры, так же, как и статистические испытания, реализовались на современных ЭВМ.
В результате проведенных исследований разработаны научно-обоснованные методы и рекомендации расчета максимальных расходов горных рек, необходимые для строительного проектирования. Положенные в их основу принципы позволяют использовать их и в других горных районах с аналогичными условиями формирования максимальных расходов воды.
Полученные практические результаты исследований использованы в СНиП 2.01,14-83 "Определение расчетных гидрологических характеристик", при определении расчетных максимальных расходов воды р.Аракс для проектирования гидроузла "Худаферин" (позволяющего увеличить орошаемые площади и электроснабжение пограничных районов СССР и Ирана), а также при проектировании ливневых каналов в условиях Лвнкоранскои природной области.
Разработанные и рекомендованные методы расчета максимальных расходов горных рек позволят более корректно и эффективно решать практические задачи, связанные с гидрологическими расчетами при строительном проектировании в условиях горной странЫд,
Работа была выполнена в соответствии с планом основных научных работ Азгосуниверситета (с 1972г), входила в координа ционный план АН Азерб.ССР по проблеме 3.6.1.3. с государственным регистрационным номером 77077263 (1976-80 г.г.), а также по техническому заданию на разработку Инструкции по определению расчетных гидрологических характеристик (пересмотр СН 435-72), на основании "Плана пересмотра действующих и разработки новых нормативных документов по строительству и архитектуре на 1978 г.", утвержденного постановлением Госстроя СССР от 15.12.1977 г. № 200.
Диссертационная работа состоит из пяти глав и заключения.
В первой главе рассматриваются условия формирования максимальных расходов воды горных рек с целью выбора расчетной фазы. Анализируется пространственная структура колебаний максимальных расходов половодья и паводков, а также внутрисуточные колебания расхода воды на пике половодья и паводков.
Во второй главе дана оценка закономерностям пространственно-временных колебаний паводкообразующих осадков.
В третьей главе по единому гидрологическому признаку выполнено гидрологическое районирование территорий. Установлена связь медцу параметром паводочнооти и коэффициентом вариации годового стока горных рек.
В четвертой главе излагаются вероятно-статистические методы расчета максимального стока. Применительно к максимальному стоку горных территорий рассмотрены вопросы оценки статистической однородности исходных материалов, выбор метода оценки статистических параметров функций распределения и их типа, оценка эмпирической обеспеченности величин и оценка точности результатов расчета.
В пятой главе излагаются результаты регионального обобщения максимальных расходов в горных районах.
