Пространственно-временные закономерности формирования подземного питания рек бассейна Волги Долгов, Сергей Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы. Проблема рационального использования водных ресуроов, в чаотноота, подземных вод приобретает вое более острый характер в баооейне Волги* где в отдельных районах в связи с интенсивной хозяйственной деятельности) объем водопотребления превышает естественное их восполнение. Недостаточно обоснованное увеличение водоотбора может приводить к истощению подземных вод и неблагоприятным-экологическим лооледотвиям.

При решении ряда научно-практических задач, связанных, в чаотнооти, о оценкой и прогнозом естественных ресурсов подземных вод, необходимы надежные данные о многолетних колебаниях подземного стока. Имеющиеся ряды наблвдений часто характеризуются небольшой продолжительностью, в них имеются пропуски, что снижает надежность определения отатиотических параметров. Слабо изученными остаются вопросы долгосрочного прогнозирования подземной составляющей стока. Поэтому разработка методик Еосстансдения радов подземного стока и его долгосрочного прогноза весьма важная и актуальная задача.

Для разработки эффективных методов расчета и прогноза подземного стока важно установить закономерности проотранственно-временной изменчивости стока и факторов, определяющих его формирование. Выявление таких закономерностей представляет и самостоятельный научный интерео, так как дает возможность более глубоко изучить процессы формирования подземной составляющей отока.

Пелъ и задачи исследования. Цель диссертационной работы -выявление географических закономерностей пространственно-временной изменчивости подземной составляющей отока рек бассейна Волга и разработка на их основе методик восстановления рядов подземного стока и его долгосрочного прогноза.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:

1. Оценка роли зональных и азональных физяко-географічоских факторов в формировании подземной составляющей стока рек бассейна Волги.

2. Географо-гидрологаческий анализ пространственной и временной изменчивости подземного стока.

3. Районирование бассейна Волги по условиям формирования подземной составляющей отока и выбор гидрометеорологических фак-

торов для описання и прогноза eg многолетиях колебаний.

4. Разработка методики восстановления рядов подземного стока.

5. Разработка методики долгосрочного прогноза яодземного стою.

[Доходные материалы и метопы исследований. В работе рассмотрены средние реки бассейна Волги (выше г.КуйбышеЕа) с площадями Еодосборов в основном от 1000-1500 км² до 50000 км². В качестве поісазателей подземного стока в реки использовались многолетние ряди минимального зимнего 30-суточного (145 рядов) и годового под-емного (128 рядов) стока, рассчитанного е Лаборатории подземного стока ГГИ путем генетического расчленения речных гидрографов. Кроме того, для анализа привлекались временные ряды годовых осадков, осадкоЕ за холодный (ноябрь-март) и теплый (апрель-октябрь) периоды по 114 пунктам, а также сведения о дефиците влажности Еоздуха, осредненного за период о июня по сентябрь, по 80 пунктам. Для анализа использогадись также ряды стока за весеннее половодье, показателя осеннего увлажнения и макоимадьной глубины пр дерзания почвы. Кроме временных рядов в работе попользовались карты физико-географического районирования ССОР (1968), четвертичных отложений Европейской части СССР (1971), грунтовых толщ и ,.,шонерно-геологических условий Нечерноземной зоны РСФСР (1934), карты подземного -тока Центральной и Восточной Европы (1983) и Нечерноземной зоны РСФСР (1984). Пооледняя карта составлена при непосредственном участии автора.

Исследование процессов формирования подземной составляющей стока проводилось с помощью географо-гидрологичеокого метода, предложенного В.Г.Глушковым. Для количественной оценки влияния гидрометеорологических факторов на многолетнюю изменчивость стока применялся корреляционный и регрессионный анализ. Соотношение зональности и азональности е площадном распределении модулей подземного стока оценивалось о привлечением тренд-анализа. Для оценки пространственно-временной измєнчиеооти стока использовалоя один из алгоритмов распознавания образов и пространственные корреляционные функции. Анализ структуры рядов стока и прогнозирование его многолетних колебаний выполнены методами параметрического авто-регроссионкого и авторегрессионно-факторного моделирования.

Расчеты проведены в КШЦ МГУ на SBM БЭСМ-6. Большинство программ составлено.автором.

Научная новизна работы. Для средних рек бассейна Волги впервые выполнена количественная оценка влияния основных климатических факторов на многолетнюю изменчивость подземной составляющей отока и составлены карты, отражающие степень этого влияния. Выделены зональная и азональная составляющие в пространственном распределении модулей стока и оценено их соотношении. Установлена достаточно тесная внутрирядная связность подземной составляющей стока и вскрыты ее причины. Впервые составлены карты распределения по территории отепени Енутрирядной связности отока.

Проведено комплексное районирование бассейна Волги по физико-географическим условиям формирования подземного отока и исследована зависимость отруктуры его многолетних колебаний от характера временной изменчивости гидрометеорологических элементов и от сочетания зональных и азональных физико-географических условий.

Установлена целесообразность применения авторегрёс^ионно-факторных моделей для расчетов и прогнозов подземного стока.

Разработаны и реализованы на ЭВМ методики восстановления (продления) рядов подземного стока, а также их долгосрочного прогноза с заблаговременноетыо до 9 месяцев.

Практическая ценность работы. Выявленные пространственно-временные закономерности формирования подземного стока и разработанные методики его прогноза и восстановления радов могут быть . использованы для оценки естественных ресурсов подземных вод зоны интенсивного водообмена, а также для разработка эффективных схем совместного использования ресурсов поверхностных и подземных вод. Результаты работы применимы для оценки влияния хозяйственной деятельности на подземный сток, восстановления его естественных значений и продления коротких рядов наблюдений.

Внедрение, результаты диссертации нашли практическое применение при выполнении научно-исследовательских работ кафедры гидрогеологии геологического факультета 1П7 по томе "Оценка модулей подземного стока на Онєго-Деинском междуречье" (Л 018400521V9), а также Лаборатории охраны водной среды ШСИ по теме "Провести исследования и разработать гидродинамические устройства для очистки заиленных русел и улучшения кислородного баланса малых рек" (« 800).

Апробапия работы. Основные результаты по теме диссертации докладывалиоь на конференции ыолодшс ученых и специалистов ГГИ (Ленинград, 1965), на Всесоюзной конференции "Перспективные методы гошниоования и анализа експерименте при исследовании случайных полей и процессов" (Севастополь,1985), на конференции молодых ученых Гидрометцентра СССР Шосхва,1986), на семинаре ЫОШ и кафедры гидрогеологии МГУ "Методы региональных гидрогеологических прогнозов" (Москва,1986) и на семинаре кафедры гидрогеологии МГУ "Закономерности формирования и методы оценки ресурсов подземных вод" (Мооква,1987).

Структура и объем диссертации. Диооертация состоит из введения, четырех глав, заключения и спиока попользованной литературы (/^наименований, из них 4v на иноотранных языках). Текстовую часть ( /33 стр.) дополняют V? рисунков, 10 таблиц и 4¹ приложения.