Введение к работе
Актуальность исследования.
Задача создания модели поступления тало-дождевого стока на водосборы рек Приамурья возникла из практической необходимости обеспечения народного хозяйства современными методами расчетов и прогнозов природных явлений.
С 60-х годов прошлого столетия началось активное хозяйственное освоение территории Дальнего Востока. Введены в действие Зейская и Верхне-Бурейская ГЭС. Разрабатывается проект Нижне-Бурейской. В связи с активным строительством водохранилищ чрезвычайно актуальной представляется разработка методов расчета поступления воды на поверхность водосборного бассейна в виде гидрографа притока в водохранилище.
В настоящее время широкое распространение получили математические модели процессов формирования весеннего половодья и дождевых паводков. Наиболее известные отечественные методики расчетов и прогнозов гидрологических процессов и явлений разработаны в основном для условий европейской части России и азиатских государств СНГ.
Дальний Восток имеет специфические природные условия, выражающиеся в преобладании горного рельефа, муссонном характере климата вследствие расположения региона на стыке континента и океана, а также в интенсивном развитии мерзлотных явлений. Поэтому использование разработанных в европейской части страны методик расчета гидрологических процессов для территории Дальнего Востока невозможно без внесения в них корректив и изменений. Проведение исследований и создание новых способов расчета различных гидрометеорологических характеристик при разработке моделей формирования стока для бассейнов рек Приамурья становятся крайне необходимыми.
Цель исследования -создание модели процесса поступления воды на поверхность водосборов бассейна Среднего Амура в весенний период для последующего использования ее при моделировании притока воды к водохранилищу.
Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:
-
Выявление особенностей моделирования процесса формирования стока в аспекте природных условий и информационного обеспечения рассматриваемого региона.
-
Оценка возможности использования известных методов расчета гидрометеорологических характеристик весеннего половодья (интенсивности снеготаяния, испарения с поверхности снежного покрова, площади, занятой тающим снежным покровом, и др.) в условиях Приамурья.
-
Разработка новых методов расчета гидрометеорологических характеристик весеннего половодья с учетом физико-географических особенностей в бассейне Среднего Амура и недостаточного информационного обеспечения.
3 СПет«р&и>г Л.-Г-
' 0 va/faZS?
-
Математическое описание распределений метеорологических характеристик, обусловливающих процессы таяния и формирования снежного покрова по поверхности водосборов рек бассейна Среднего Амура.
-
Построение модели поступления воды на водосбор в процессе таяния снежного покрова с учетом выпадения жидких и твердых осадков в двух вари-, антах: расчетном и прогностическом.
Объекты исследования - снежный покров и гидрометеорологический режим на территории Среднего Амура (бассейны рек Зеи и Бурей).
Предмет исследования - факторы снеготаяния, распределение метеорологических характеристик по поверхности водосборов, процесс поступления воды на водосбор в период весеннего половодья.
Исходные материалы. Для работы были использованы: данные наблюдений стандартной гидрометеорологической сети за весь период наблюдений и аэрологических станций с 1961 по 1990 годы Амурской области и Хабаровского края; материалы наблюдений Бомнакской стоковой станции за 1951 - 1967 годы и Хабаровской агрометстанции за 1965, 1967 и 1968 годы; материалы полевых исследований гидрографической партии Дальневосточного УГМС (данные суммарных осадкомеров в верховьях р. Зеи с 1968 по 1975гг. и на Баджальском хребте с 1965 по 1974 гг., высотные снегосъемки в верховьях р.Зеи и на Баджальском хребте с 1969 по 1985 годы, в верховьях р.Бурей и р.Гилюй - в 1984 -1985 годах).
Методы исследований: сравнительно-географический, физико-статистический, картографический.
При выполнении диссертационной работы автор опирался на теоретические и методические основы моделирования процессов формирования весеннего половодья, изложенные в трудах Т.С.Абальян, ВАБельчикова, Д.А.Буракова, Ю.Б.Виноградова, Ю.М.Денисова, В.ДКомарова, В.Й.Корня, Л.С.Кучмента, В.М.Мухина, А.Я.Полунина, И.Д.Шенцис и др. Методологическими ориентирами при анализе распределений метеорологических характеристик послужили работы А.Н.Важнова, И.Н.Гарцмана, А.С.Федоровского, С.П.Хромова и др.
Основные защищаемые положения.
-
В природно-климатических условиях Приамурья интенсивность снеготаяния существенно зависит от запаса воды в снежном покрове на начало таяния и суммы осадков, выпавших осенью предыдущего года.
-
При отсутствии наблюдений за приземной температурой воздуха в высотных областях водосборов использование данных радиозондирования эффективнее применения стандартных приемов экстраполяции данных наблюдений с нижних участков водосборов.
-
В условиях крайней недостаточности данных об осадках на верхних участках горных бассейнов для получения достаточно надежных значений ме-
сячных сумм можно использовать более устойчивые графики зависимости их от высоты местности в долях от сумм осадков за теплый и холодный периоды.
4. Разработанная автором модель поступления тало-дождевых вод на поверхность водосбора в период весеннего половодья адаптирована к физико-географическим условиям Приамурья и позволяет получать ежедневные значения основных характеристик процесса в оперативном режиме по данным стандартных наблюдений на сети гидрометеорологических станций.
Научная новизна представляемой работы заключается в следующем:
-
На основе анализа физико-географических особенностей и информационного обеспечения региона, создан метод расчета интенсивности снеготаяния для бассейна Среднего Амура.
-
Исследованы и впервые построены для территории бассейна Среднего Амура ежегодные и среднемноголетние декадные распределения температуры воздуха по высоте местности. Впервые для экстраполяции приземной температуры воздуха в верхние зоны горного водосбора применены данные радиозондирования атмосферы. Впервые при моделировании процесса формирования стока температурный градиент принимался нелинейным по высоте и не постоянным по времени.
-
Впервые для рассматриваемого района получены среднемесячные и декадные параметры распределений по поверхности водосборов гидрометеорологических величин: осадков, скорости ветра, дефицита влажности воздуха и запаса воды в снежном покрове. Реализован оригинальный способ расчета внутригодового распределения сумм осадков при недостатке данных наблюдений.
-
Впервые для данной территории разработан метод расчета и прогноза динамики снежного покрова в весенний период на-основе физико-математической модели, с детализацией по суткам и использованием только данных стандартных наблюдений гидрометеорологической сети.
Практическая значимость исследований и внедрение.
Разработанная методика расчета интенсивности снеготаяния для природно-климатических условий Приамурья не требует специальных наблюдений и может быть использована для расчетов этой характеристики в районах Дальнего Востока, имеющих физико-географические условия, аналогичные бассейну Среднего Амура.
Создана модель поступления тало-дождевых вод на поверхность водосбора в весенний период, ориентированная на реальные условия работы гидролога-прогнозиста регионального или территориального Гидрометцентра России.
Представленная модель используется в отделе гидропрогнозов Дальневосточного УГМС для прогноза притока в водохранилища рек Зеи и Бурей по объемам стока и по остаточным площадям заснеженности, а также служит ос-
новной составной частью разрабатываемой общей модели формирования гидрографа стока весеннего половодья для рек Приамурья.
5 ноября 2002 г. подписан акт о внедрении в производственную практику отдела гидропрогнозов Дальневосточного УГМС программно-технологического комплекса «ВЕСНА» на основе разработанной модели поступления воды на поверхность водосбора в период весеннего половодья и базы данных ГИС МЕ-ТЕО.
Апробация работы.
Основные результаты исследования были представлены на конференция и научно-методических семинарах различных уровней: Научная конференция по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения окружающей среды (Москва, 1996), «Гидрометеорология Дальнего Востока и окраинных морей Тихого океана», посвященная 50-летию ДВНИГ-МИ (Владивосток, 2000), Вторая Региональная научно-практическая конференция, посвященная Всемирным Дням воды и метеорологии (Владивосток, 2001), "River runoff: minima and maxima" (Санкт-Петербург, 2001), «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования» (Чита, 2001), научно-методический семинар отдела гидрометеорологических исследований ДВНИГМИ (Хабаровск, 2002), заседание Ученого Совета ДВНИГМИ (Владивосток, 2002), заседание Ученого Совета ИВЭП ДВО РАН (Хабаровск, 2002), «Регионы нового освоения: состояние, потенциал, перспективы в начале третьего тысячелетия» (Хабаровск, 2002), Четвертая Региональная научно-практическая конференция (Владивосток, 2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.
Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 211 с. состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 3 приложений. В основной части работа содержит 97 с. текста, 33 рис., 12 табл. Список литературы включает 209 исследований российских и зарубежных, авторов. Приложения занимают 60 с.
