Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Факторы формирования годового стока рек бассейна Волги 12
1.1. Постановка задачи. 12
1.2. Исходная информация 13
1.3. Роль климатических факторов в формировании годового стока 17
1.4. Построение линейной регрессионной модели формирования годового стока 33
1.5. Влияние физико-географических факторов на формирование годового стока 40
Глава 2. Районирование бассейна волей по условиям формирования годового стока . 47
2.1 Принципы районирования 47
2.2. Районирование бассейна Волги с учётом физико-географических особенностей речных бассейнов 51
2.3. Районирование бассейна Волги по характеру многолетних колебаний годового стока и етоко-образующих факторов 57
2.4. Выделение районов с относительно однородными условиями формирования годового стока 69
Глава 3. Географические закономерности временной изменчивости годового стока рек бассейна Волги 83
3.1. Обзор предыдущих исследований 83
3.2. Исследование корреляционной структуры рядов годового стока в зависимости от физико-географических условий 92
3.3. Описание многолетних колебаний годового стока с помощью стохастических моделей 108
Глава 4, Изменение годового стока под влиянием комплекса факторов хозяйственной деятельности . 122
4.1. Влияние отдельных факторов хозяйственной деятельности на годовой сток рек бассейна Волги 122
4.2 Методы выявления и количественной оценки влияния хозяйственной деятельности на сток рек 135
4.2.1. Обнаружение момента нарушения однородности гидрологических рядов, вызванного хозяйственной деятельностью 136
4.2.2. Оценка значимости нарушения однородности временных рядов 145
4.2.3. Количественная оценка влияния хозяйственной деятельности на сток рек 151
4.3. Оценка влияния комплекса факторов хозяйственной деятельности на годовой сток рек бассейна Волги 151
Заключение . 170
Литература приложения
- Построение линейной регрессионной модели формирования годового стока
- Районирование бассейна Волги с учётом физико-географических особенностей речных бассейнов
- Исследование корреляционной структуры рядов годового стока в зависимости от физико-географических условий
- Методы выявления и количественной оценки влияния хозяйственной деятельности на сток рек
Введение к работе
Формирование речного стока представляет собой сложный процесс, изучение которого должно строиться на основе анализа всех факторов природной среды.
Благодаря накоплению гидрометеорологической информации и более широкому применению вычислительных средств и математических методов, в настоящее время становится возможным более глубоко проникнуть в сущность исследуемого процесса. При этом наиболее важной и актуальной задачей является выявление и систематизация географических закономерностей гидрологических явлений.
В качестве исследуемой характеристики в диссертационной работе выбран годовой сток, определяющий объёмы ежегодно возобновляемых водных ресурсов, которые интенсивно используются в хозяйственной деятельности человека.
Объектом исследования являются малые и средние реки бассейна Волги, обладающие относительно простым режимом и хорошо отражающие черты географической зональности. Бассейн Волги является крупным промышленным и сельскохозяйственным районом Советского Союза, на территории которого проживает значительная часть населения страны. Водные ресурсы бассейна широко используются для орошения, гидроэнергетики, водного транспорта, промышленного и бытового водоснабжения. Постановлением Совета Министров СССР (октябрь 1980 г.) "Об усилении охраны малых рек от загрязнения, засорения и истощения и о рациональном использовании их водных ресурсов" предусматривается проведение целого комплекса водоохранных мероприятий в бассейнах рек с интенсивным водопотребле-нием.
В этом плане особенно актуальными становятся исследования, связанные с изучением процесса формирования стока малых и средних рек, которые представляют собой основную часть русловой сети, в зависимости от различных природных условий и его изменения под влиянием комплекса факторов хозяйственной деятельности. Учитывая недостаточную гидрологическую изученность малых и средних рек, исследование географических закономерностей пространственно-временной изменчивости годового стока рек бассейна Волги имеет большое научное и практическое значение.
Целью диссертационной работы является оценка влияния природных условий на формирование годового стока малых и средних рек бассейна Волги, изучение его многолетней изменчивости под влиянием естественных и антропогенных факторов.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие основные задачи:
Выявление географических закономерностей формирования годового стока малых и средних рек бассейна Волги.
Районирование территории по условиям формирования годового стока.
Исследование пространственной и временной изменчивости годового стока на основе географо-гидрологического анализа.
Выявление и оценка влияния хозяйственной деятельности на годовой сток рек бассейна Волги.
Изучением процесса формирования годового стока для отдельных рек бассейна Волги в разное время занимались многие исследователи. Однако, учитывая степень детальности и комплексный характер данного исследования, для такой значительной территории, какой является бассейн Волги, такая задача ставится впервые. Решение
этой задачи предполагает в первую очередь выявление основных стокообразующих факторов, построение модели формирования годового стока.
Речной сток, по С.Д.Муравейскому, является одним из трёх основных факторов, определяющих сущность и целостность географических систем. Главная роль при этом принадлежит процессам, протекающим между элементами гидросферы и атмосферы.
Значительная протяжённость бассейна Волги в широтном и меридиональном направлениях обусловила достаточное разнообразие климатических условий. Учитывая это, следует ожидать и существенных различий в метеорологических факторах, обусловливающих формирование годового стока. Поэтому одной из главных задач является исследование связи стока с различными метеорологическими факторами, определение их оптимального набора для описания пространственной и временной изменчивости годового стока.
Гидрологическая система, состоящая из элементов гидросферы и атмосферы, существует и развивается, создаёт свои специфические свойства во взаимодействии со всем природным комплексом. Поэтому автономное описание гидрологической системы оказывается недостаточным для описания принципов её функционирования. В.Г.Глушковым более 50 лет назад был предложен географо-гидро-логический метод, в котором впервые в гидрологии чётко и ясно сформулирована необходимость генетического изучения вод суши и моря, в зависимости от тех природных условий, с которыми эти воды находятся в постоянной связи и взаимодействии.
Как определённый результат исследования особенностей пространственной и временной изменчивости годового стока в зависимости от основных природных факторов, их влияния на величину годового стока и закономерности многолетних колебаний представляет
-. 7 -
собой районирование бассейна Волги по условиям формирования стока. В данной работе в основном учтён опыт гидрологического районирования территории СССР по водному режиму / 48 / и районирования территории Нечернозёмной зоны РСФСР по условиям формирования весеннего стока / 32 /.
В отличие от предыдущих исследователей при выделении районов учтён различный характер влияния метеорологических факторов на изменчивость годового стока.
Влияние комплекса физико-географических факторов проявляется не только в характере пространственного распределения речного стока, но и в структуре многолетних колебаний. Не без основания можно предполагать, что структура многолетних колебаний стока и стокообразующих факторов, находится в определённом соответствии, характер которого зависит от условий подстилающей поверхности. Этот вопрос также исследуется в рамках данной работы. Исследования многих авторов / 10,36,43,67,74 / показали, что средние годовые расходы воды не глогут рассматриваться как последовательность независимых случайных величин. Однако, причины наличия внутрирядной связанности в рядах годового стока до конца не ясны. В работе этот вопрос рассматривается с позиций уже упомянутого выше географо-гидрологического метода.
Для описания структуры многолетних колебаний гидрометеорологических величин рассматривается возможность использования стохастических моделей, и прежде всего простейших из них - авторегрессионных.
Наличие или отсутствие внутрирядной связанности в рядах годового стока предопределяет особенности применения статистических методов расчёта стока. Особенно это существенно при
оценке нестационарности в рядах годового стока, когда в качестве параметров, изменяющихся во времени вследствие как естественных, так и антропогенных причин, выступают не только среднее значение и дисперсия ряда, но и его автокорреляционная функция.
В диссертационной работе исследуется наличие нестационарности в рядах годового стока и вскрываются причины, её обусловливающие.
Для выявления хозяйственной деятельности на годовой сток используется методологический подход, предложенный И.А.Шикло-мановым / 98 /. Этот подход основан на исследовании многолетних колебаний стока рек в совокупности с анализом метеорологических факторов и развития хозяйственной деятельности в бассейнах рек.
Для определения момента нарушения гидрологического режима под влиянием антропогенных факторов в работе используются апостериорные методы оценивания изменения свойств временных рядов, ранее не применявшиеся в гидрометеорологии.
При решении поставленных задач в диссертации использовался целый ряд методов математической статистики.
Для исследования взаимосвязи речного стока с метеорологическими факторами применён аппарат корреляционного и регрессионного анализа. Для районирования территории по условиям формирования годового стока привлечены методы дисперсионного анализа и распознавания образов для автоматической классификации гидрометеорологических величин. При описании структуры временных рядов использован параметрический подход, предложенный Д.Бок-сом, Г.Дженкинсом / II /. Изменение свойств гидрологических рядов исследовано с помощью алгоритмов апостериорного обнару-
жения разладки в рамках линейных статистических моделей / 61 /. Автором были составлены и отлажены для работы на ЭВМ большая часть использованных в работе программ, в том числе целый комплекс программ по обнаружению изменения свойств временных рядов. Расчёты проведены в Научно-исследовательском вычислительном центре МГУ на ЭВМ БЭСМ-6.
Научная новизна работы. На основе проведённого географического исследования выявлены территориально общие закономерности формирования годового стока малых и средних рек бассейна Волги, его пространственной и временной изменчивости. Применение комплексного подхода к изучению гидрологического режима рек сочетается с современными методами обработки материалов наблюдений.
Для различных природных зон обоснован выбор совокупности метеорологических и других физико-географических факторов, определяющих формирование годового стока малых и средних рек бассейна Волги. Показана территориальная изменчивость характера их влияния на годовой сток. В работе приводятся карты, характеризующие степень зависимости стока от отдельных метеорологических элементов.
Проведено районирование бассейна Волги по условиям формирования годового стока с учётом физико-географических особенностей речных бассейнов, синхронности многолетних колебаний стока и стокообразующих факторов. Для выделенных районов обоснована возможность принятия единой модели формирования годового стока.
Исследована зависимость структуры многолетних колебаний стока от характера временной изменчивости стокообразующих факторов и условий подстилающей поверхности. Выделены области, в пределах которых ряды годового стока и метеорологических факторов могут быть адекватно описаны с помощью моделей авторег-
рессии первого порядка.
Впервые в гидрометеорологической практике в работе использованы апостериорные параметрические методы обнаружения изменения свойств временных рядов для выявления и оценки антропогенного влияния на речной сток.
Практическое значение работы. Результаты исследования закономерностей формирования годового стока, его пространственной и временной изменчивости, а также результаты районирования по условиям формирования годового стока могут быть использованы при оценке водных ресурсов бассейна Волги и их изменении под влиянием хозяйственной деятельности, а также при разработке научно-обоснованных схем комплексного использования и охраны малых и средних рек бассейна.
Новые методы выявления и оценки влияния хозяйственной деятельности на сток рек были опробованы при анализе антропогенного воздействия на годовой сток рек бассейна Волги. Кроме того, разработанные подходы, алгоритмы и программы расчёта могут быть применены при анализе изменения гидрологического режима под влиянием как естественных, так и антропогенных факторов в других речных бассейнах.
Внедрение. Результаты диссертации нашли практическое применение при выполнении научно-исследовательских работ кафедры гидрологии суши географического факультета ЖУ по теме 01.82.0.074654 "Географические проблемы Московского региона".
Апробация работы. Основные теоретические положения и разработки докладывались на конференциях молодых учёных и аспирантов геологического и географического факультетов МГУ" (Москва, 1983), на конференции молодых учёных и специалистов ГГЙ (Ленинград, 1983), на ХНІ конференции молодых учёных
- II -
Гидрометцентра СССР (Москва, 1984).
Цель работы, характер поставленных задач и используемые методы исследования определили структуру настоящей работы, которая состоит из 4 глав, введения и заключения.
В первой главе рассматриваются факторы формирования годового стока, исследуется связь между годовым стоком и различными метеорологическими переменными, даётся анализ физико-географических условий формирования годового стока, обосновывается использование линейной регрессионной модели формирования годового стока с различным набором метеорологических факторов.
Вторая глава посвящена выделению районов с относительно однородными условиями формирования годового стока.
В третьей главе исследуются закономерности временной изменчивости годового стока в зависимости от метеорологических факторов и условий подстилающей поверхности. Обосновывается возможность адекватного описания многолетних колебаний годового стока с помощью моделей авторегрессии.
В четвёртой главе даётся анализ влияния антропогенных факторов на изменчивость годового стока. В ней приводятся данные о хозяйственном использовании речного стока, описывается новый метод обнаружения нарушений гидрологического режима под влиянием комплекса факторов хозяйственной деятельности. Для рек с нарушенным режимом проводится количественная оценка влияния хозяйственной деятельности на годовой сток.
Построение линейной регрессионной модели формирования годового стока
Метод множественной корреляции и регрессии является одним из наиБОлее употребительных в практике гидрологических прогнозов и расчётов. Многие исследователи с успехом применяют его при изучении зависимости стока от метеорологических и других физико-географических факторов.
Учитывая, что для значительной части бассейна Волги годовой сток определяется изменчивостью нескольких метеорологических факторов, представляется целесообразным для задач расчёта годового стока использовать именно этот метод. На рис. I.II в качестве примеров приведены графики связи годового стока некоторых рек бассейна Волги с годовыми осадками, осадками за холодный и тёплый период, средним дефицитом влажности воздуха за июнь-сентябрь предшествующего года. Исходя из анализа этих графиков, можно с уверенностью говорить о линейном характере связей стока с вышеперечисленными метеорологическими факторами и возможности построения линейных моделей множественной регрессии.
В работе автора / 27 / исследуются вопросы выбора оптимального числа предикторов с учётом длины исследуемых рядов, структуры корреляционных связей между предикторами, а также предикторов с предиктантом. В частности, была показана роль скоррели-рованности предикторов, которая в совокупности с небольшой длительностью рядов приводит к тому, что полученная система линейных уравнений либо будет неопределённой, либо будет иметь неустойчивое решение относительно коэффициентов регрессии. Данное обстоятельство имелось в виду при включении переменных в уравнение множественной регрессии.
Введение в уравнение регрессии в качестве предиктора годовых осадков целесообразно для рек, бассейны которых расположены севернее изолинии 7уХг = 0,7 (рис. 1.6). С другой стороны, использование для расчёта годового стока осадков за холодный пе риод представляется возможным для рек, бассейны которых расположены южнее изолинии 2 ххп- 0,6 (рис. 1.7) - в этой области коэффициенты парной корреляции годового стока с годовыми осадками менее 0,6. Не имеет смысла вводить в уравнение регрессии осадки за X-XI месяцы предшествующего года для рек бассейна Волги до г.Казани, а также рек бассейна Вятки и верховьев Камы - коэффициенты корреляции годового стока данных рек с рассматриваемым предиктором близки к нулю.
Возможность включения в регрессионную модель среднего дефицита влажности воздуха за 71-11 месяцы предшествующего года рассматривается в табл. 1.3. Учитывая, что для рек северной части бассейна Волги наблюдается слабая связь годового стока с этим фактором, в уравнение регрессии следует включать только годовые осадки (рис. I.I2). На сток рек более южных областей дефицит влажности воздуха предшествующего года оказывает большее влияние. Коэффициент корреляции его с годовым стоком изменяется от - 0,3 до - 0,6, в то время как с годовыми осадками или осадками за холодный период связь этого фактора, естественно, слабая ( Z = 0 - 0,2), поэтому вклад его в уравнение регрессии достаточно весом.
Наконец, для рек бассейна Белой, Самары, Суры, а также небольших рек Поволжья двух факторов для получения требуемой точности расчётов недостаточно, и в уравнение регрессии следует включать осенние осадки предшествующего года. При этом, частный коэффициент-корреляции годового стока с этим фактором может достигать 0,6.
Таким образом, на основе анализа выявленных зависимостей годового стока от рассмотренных выше метеорологических факто ров, результатов расчёта парных и частных коэффициентов корреляции, а также рассмотрения всех возможных вариантов набора предикторов в уравнениях множественной регрессии,, для бассейна Волги были выделены области, в пределах которых для расчёта годового стока в уравнение регрессии предлагается вводить следующие переменные: для рек бассейна Волги до г.Горького - годовые осадки за XI-X месяцы; для рек бассейна Клязьмы, Ветлуги, верховьев Камы, Вятки -годовые осадки за ХІ-Х месяцы и дефицит влажности воздуха за УІ-ІХ месяцы предшествующего года; для рек бассейна Оки - осадки за холодный период (ХІ-І.ІІ) и дефицит влажности воздуха (УІ-ІХ) предшествущего года; для рек бассейна Суры, Самары, Б.Иргиза, Белой, Уфы осадки за холодный период Ш-ІІІ), средний дефицит влажности воздуха (УІ-ІХ) и сумма осадков за Х-ХІ месяцы предшествущего года. Множественный коэффициент корреляции годового стока большинства исследуемых рек с метеорологическими факторами достаточно высок, как правило, он превышает значение 0,7, а для существенной части рек бассейна Волги - 0,8, что свидетельствует о правильном выборе метеорологических факторов для описания пространственной и временной изменчивости годового стока.
Районирование бассейна Волги с учётом физико-географических особенностей речных бассейнов
В качестве предварительных были приняты границы физико-географических районов, выделенных на территории бассейна Волги / 92 /. Они отражают общие закономерности в пространственном изменении климатических условий, гидрологических явлений, почв и растительности. Все единицы физико-географического районирования (страна, зона, провинция, район) выделяются на основании ряда общих признаков. Главнейшие из них - территориальная общность (неразрывность), комплексность, однородность и генетическое единство. Масштаб наших исследований позволяет в качестве еди ницы физико-географического районирования остановиться на ландшафтной провинции. Ландшафтная провинция обособляется из ландшафтной зоны вследствие существования долготно-климатических и геолого-геоморфологических различий и представляет собой комплексну!) характеристику отдельной территории.
В бассейне Волги можно проследить по направлению с севера на юг смену зон от таёжной до пустынной; для Уральских гор характерна высотная поясность. Авторы физико-географического районирования выделяют на рассматриваемой территории 3 физико-географические зоны в пределах Русской равнины и 3 горные области в пределах Новоземельско-Уральской горной страны - всего 26 провинций / 92 /.
За основу нашего районирования по условиям формирования стока примем данное физико-географическое деление, поскольку оно характеризует основные различия территории по типам ландшафтов, а такке основные климатические и геолого-геоморфологические различия.
Дальнейшим шагом будет корректировка границ с более детальным учётом распределения по территории стокоформирующих факторов - климатических характеристик, рельефа, особенностей подстилающей поверхности, вплоть до учёта особенностей отдельных водосборов,
В первую очередь были приняты во внимание границы областей, для которых обоснован выбор предикторов при построении линейной регрессионной модели формирования годового стока (рис, I.I2), Корректируя границы физико-географических районов по водоразделам бассейнов исследуемых рек, в качестве первоначального варианта районирования предлагается схема, изображённая на рис,2,1, на которой выделено 15 условно однородных районов, физико-географические характеристики которых приведены в табл. 2.1.
Для оценки влияния роли того или иного физико-географического фактора были рассчитаны парные коэффициенты корреляции среднего многолетнего модуля стока с рядом характеристик - площадью водосбора, средневзвешенным уклоном реки, средней высотой водосбора, озёрностью, лесистостью, заболоченностью. Подобный подход был использован В.И.Бабкиным / 6 / для районирования ETC по условиям формирования базисного стока.
Как и следовало ожидать, в целом для бассейна Волги наблюдаются слабые связи модуля стока со всеми характеристиками - со со средневзвешенным уклоном реки коэффициент парной корреляции равен 0,13, с высотой водосбора 0,36, с заболоченностью - ( 0,23). Исключение составляет лесистость - коэффициент парной корреляции среднего многолетнего модуля стока с этим показателем равен 0,72, однако, эта цифра отражает лишь одновременное уменьшение с севера на иг модуля стока и лесистости водосборов за счёт изменения климатических условий.
Аналогичные расчёты были проведены для всех районов, выделенных на рис. 2.1. Ввиду того, что реки выбирались приблизительно с одинаковой площадью водосбора, зависимость модуля стока от этой характеристики не выражена. Наилучшая связь стока со средневзвешенным уклоном и высотой водосбора (коэффициенты парной корреляции равны 0,6-0,7) характерна для рек бассейна Камы и Белой (районы ІУ,Н-ПІІ), а также для рек, бассейны которых расположены в пределах Среднерусской и Смоленско-Московской возвышенности (районы У,УТ1). Для равнинных районов эта связь выражена плохо или совсем не выражена. Коэффициент парной корреляции модуля стока с озёрностыо водосбора, равный 0,3, получился для рек северо-западного Верхневолжского района, а с заболоченностью для этого же района он равен 0,6. Почти для всех районов характерны высокие связи с лесистостью водосборов. Множественные коэффициенты корреляции модуля стока с физико-географическими характеристиками для всех районов более 0,8.
Исследование корреляционной структуры рядов годового стока в зависимости от физико-географических условий
Исследования многих авторов показали, что ряды годового стока не могут рассматриваться как последовательность независимых случайных величин / 24,42,67,81 /,] Однако, причину авто-коррелированности гидрологических рядов до конца выяснить не удалось, поэтому недостаточно обоснованными являются и рекомендации по учёту корреляционных связей.
Так, С.Н.Крицкий, М.Ф.Менкель / 42 / предлагали во всех случаях учитывать связь между членами ряда, причём первые коэффициенты автокорреляции Ъ (I) определять по группам рек одних и тех же районов. Д.Я.Раткович / 67 / предложил определять коэффициент автокорреляции в зависимости от модуля стоки-4 Рассмотренная Д.Я.Ратковичем совокупность речных бассейнов характеризуется разнообразием условий питания, широісим диапозоном площадей водосбора, различными значениями объёма и модуля стока. Полученные автором соотношения и выводы отражают наиболее общие закономерности временной структуры многолетних колебаний стока, их связь с многолетними колебаниями осадков и испарения. Одной из основных причин внутрирядной связанности годового стока го Д.Я.Ратковичу является автокоррелиро-ванность в рядах годового слоя испарения. Эта гипотеза косвенно подтверждена им данными многолетних колебаний дефицита влажности воздуха и факторов, определяющих испарение в 50 пунктах территории СССР. Для водообильных территорий, где колебания годового стока в основном определяются изменчивостью осадков, характерна относительно невысокая коррелированность между стоком смежных лет - того же порядка, что и в рядах годового слоя осадков. Относительно высокая автокоррелированность присуща подземной составляющей стока вследствие естественного регулирования почво-грунтами инфильтровавших осадков, степень которого зависит от водопроницаемости грунтов в бассейне, характера гидрографической сети и т.д. В целом, считает Д.Я.Раткович, влияние заре-гулированности подземного стока на связанность между годовым стоком смежных лет невелико.- При переходе в зоны с малыми модулями стока, для которых характерны и малые коэффициенты стока, на колебания последнего всё большее влияние оказывает изменчивость испарения. Поскольку зависимость между стоком смежных лет обусловлена рядом причин, индивидуальная оценка степени связанности (например, коэффициента корреляции) на конкретной реке представляет большие трудности. Д.Я.Раткович утверждает, что для неозёрных рек наиболее отчётливо прослеживается зависимость коэффициента автокорреляции от модуля стока и в несколько меньшей степени от коэффициента вариации годового стока.
В рассматриваемой работе Д.Я.Ратковича анализируется структура многолетних колебаний годового стока 289 рек в основном северного полушария. Дальнейшее исследование этого вопроса наиболее целесообразно провести в рамках сравнительно небольшой территории, какой является бассейн Волги. Имеющаяся в нашем распоряжении гидрологическая и метеорологическая информация в значительной степени поможет более детально понять особенности внутренней структуры гидрометеорологических рядов. Такое иссле дование предполагается провести на основе географо-гидрологическо-го анализа.
Учитывая генетическую взаимосвязь между всеми элементами ландшафта и рассматривая речной сток как неотъемлемую его часть, возможно предположить следующее: 1) бассейны рек, имеющие близкие физико-географические и морфологические характеристики, имеют также и сходную структуру многолетних колебаний; 2) временная изменчивость годового стока и факторов, определяющих его формирование, находятся в определённом соответствии, характер которого зависит от условий подстилающей поверхности.
При оценке внутрирядной связанности было использовано 640 выборок, представленных рядами годового стока и стокообразующих факторов.
Результаты расчётов автокорреляционной функции для рядов годовых осадков в целом согласуются с результатами, полученными Д.Я.Ратковичем: в среднем они представляют выборки независимых случайных величин. Однако, при более детальном рассмотрении можно выделить некоторые области, в пределах которых ряды осадков имеют значительную внутрирядную связанность. Зоны с повышенными значениями первого коэффициента автокорреляции соответствуют пониженным частям бассейна Волги (рис. 3.1). Это Молого-Шекснинская низменность, для которой 2 (I) изменяется от 0,15 до 0,45, Окско-Донская равнина со средним значением 1 (I), равный 0,30, а также бассейн Самары и большая часть бассейна Вятки. Доя этих участков коэффициенты автокорреляции годовых осадков, рассчитанные для большинства метеостанций, являются статистически значимыми, т.е. более чем в 2 раза оценки % (I) превосходят свои стандартные ошибки. Совпадение этих зон с участками орографических понижений свидетельствует о большей однородности процессов циркуляции здесь по сравнению с возвышенностями, где условия подстилающей поверхности более разнородны. Это предположение совпадает с выводами Ф.З.Батталова / 9 /, которым отмечалось, что для равнинной части ETC наблюдаются относительно более длительные периоды с большим и малым количеством осадков, чем на возвышенностях. На равнинных территориях, как отмечается тем же автором, наблюдается более плавный ход изменения величины осадков от года к году и от сезона к сезону.
Методы выявления и количественной оценки влияния хозяйственной деятельности на сток рек
Количественная оценка влияния хозяйственной деятельности на водные ресурсы предполагает решение трёх основных задач /98 /: 1) установление факта нарушений водного режима и определение момента начала изменений, начиная с которого значения рассматриваемой выборки могут быть неоднородными. При этом, если это возможно, стараются привлекать данные о хозяйственном использовании водных ресурсов в исследуемом районе; 2) статистический анализ рядов гидрометеорологических наблюдений на однородность, который даёт возможное сделать заключение о значимости расхождений в рассматриваемых выборках; 3) расчёт выявленных изменений стокообразующих (факторов, количественная оценка антропогенного влияния на водные ресурсы.
Вполне естественно, что наиболее простое реше:зие этой задачи - анализ сведений о сроках ввода в эксплуатацию отдельных объектов и начале осуществления различных мероприятие, оказывающих влияние на режим поверхностных и подземных вод, а также о темпах и масштабах развития хозяйственной деятзльности на водосборе. Однако, при некоторых мероприятиях, таких как мелиорация, распашка земель, вырубка лесов, рост площади городов, изменения в однородности рядов проявляется не с начала внедрения того или иного мероприятия, а после коренных преобразований условий формирования стока на водосборе. ИЖШикломановым / 98 / для оценки нарушения однородности гидрологического режима были предложены различные графоаналитические приёмы, заключающиеся в сравнении стока или стокообразующих факторов в рассматриваемом створе за весь период наблюдений со стоком рек-аналогов, находящихся в естественных условиях, путём построения и анализа графических связей последовательно суммированных значений стока. Статистическое отклонение, обусловленное неоднородностью данных определяется по изменению направления прямой с момента времени t0 , в который проявятся причины неоднородности»
Опыт многих исследований показывает, что чаете» объяснить неоднородность рассматриваемого ряда бывает трудно, так как на действие антропогенных факторов накладываются колебания, вызванные естественными причинами. Применение графоаналитических методов также затруднительно для южных рек, наисюлее сильно подверженных влиянию хозяйственной деятельности. Длн описания изменчивости стока этих рек необходимо привлекать множество факторов. Наконец, ещё один негативный момент использования графоаналитических приёмов - субъективность в выборе возможных решений и анализе результатов.
Таким образом, необходимо разработать и применить для поставленной задачи - выявления статистической неоднородности в рядах годового стока, вызванной антропогенным воздействием, -метод, позволяющий объективно найти момент нарушения гищюло-гического режима и оценить статистическую значимость расхождений. При этом важно наилучшим образом использовать .информацию, заложенную как в самом исследуемом временном ряду, гак и дополнительную информацию, содержащуюся в рядах метеорологических факторов. Окончательный вывод можно сделать только после тщательного анализа возможных причин, вызвавших данное нарушение. Рассмотрим некоторые известные в техническое литературе методы обнаружения изменения свойств временных рядов.
