Стохастическая модель гидрографа рек с паводочным режимом стока Круглова, Галина Викторовна

Введение к работе

Актуальность работы. Реки многих регионов мира характеризуется паводочным режимом стока. Нередко прохождение экстремальных юадевнх паводков приводит к неблагоприятным последствиям для хо-тйственных объектов: разрушение гидротехнических сооружеігай, раз-иву железнодорожных путей и автомобильных магистралей, затопле-яю населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий и т.д. При строительстве гидротехнических сооружений, проектировании и эксплуатации водохранилищ, проведении паводкозащитных мероприятий возникает необходимость в определении гидрологических характеристик малой вероятности превышения, расчете схем внутригодового распределения стока и параметров противопаводочных водохранилищ. Существующие стандартные методы решения этих задач часто являются неэффективными в силу специфики формирования гидрографа паводоч-ного стока, которая заключается в случайном изменении от года к году числа паводочных пиков, дат их прохождения, размеров и формы отдельных паводочных пиков. Поэтому возникает проблема разработки новых методов расчета, учитывающих эту специфику и позволяющих наиболее полно использовать данные гидрометрических наблюдений.

Состояние изученности проблемы. В условиях паводочного режима стока использование только одного годового максимума расхода приводит к явной потере информации. Вопросам учета информации о нескольких в году максимальных паводочных расходах посвящены исследования многих ученых, в частности, это работы Г.А.Алексеева, Н.А.Картвелишвили, В.Струпчевски, А.Тодоровича, А.В.Христофорова.

Однако до настоящего времени этот прием не -получил широкого практического применения из-за статистических трудностей, вызванных вероятностной природой формирования последовательности "паводоч-ных галсов, которая может быть изучена только путем получения математической модели процесса изменения стока во времени. При расчетах внутригодового распределения стока возникают'трудности, вызванные многообразием форм паводочных гидрографов. Решение этой проблемы с помощью стандартных методов расчета, в частности, путем использования метода компоновки сезонов, предложенного В.Г.Аг дреяновыы, затруднено из-за значительной изменчивости дат наступления периодов- водного режима. Применение метода фрагментов, разработанного- ГЛ^Сванидзе, композиционного метода построения гидрографе», изложенного в монографии Т.А.Гриневича и др., обобщень ной методики расчета многолетнего регулирования' стока» предложеа-ной в работе Ш.Ч.Чокина, В.А.Григорьева, В.К.Ввдшина, и т»д„ таї же не всегда приводит я положительным результати» из-за недостач чной детальности описания гидрографа и необходимости принятия гипотез о взаимной зависимости его компонентов. Поэтому существует проблема создания модели гидрографа паводочного стока, учитываищ особенности процесса формирования последовательности дождевых паводков. *

Цель и задачи исследования. Цель работы состоит в изучении вероятностных особенностей образования гидрографов паводочного п< риода и разработке стохастической модели, дающей их математическое описание. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка единой схема аппроксимации гидрографа стока паводо¹ ного периода конкретных лет;

2. Создание модели последовательности прохождения дождевых павод-

:ов;

I. Математическое описание размеров и форма основных структурних

ілементов гидрографа паводочного периода - і-'зисного стока и доя-

[евого стока;

I. Разработка схемы построения стохастической модели гидрографа

іаводочного стока и оценка возможности ее использования в гидре—

югических и водохозяйственных расчетах;

і. Проверка адекватности модели данным гидрометрических наблвде-

шй.

Предмет защиты состоит в том, что разработана стохастическая юдель гидрографа паводочного периода, позволяющая усовершенство-іать метода расчета максимальных расходов воды и внутригодового >аспраделения стока для определения параметров водохранилища с ^гчэтом особенностей паводочного режима.

Научная новизна работы обусловлена следующий результатами: .. Впервые по единой схеме выполнен подробный анализ структуры іаводочного гидрографа для рек различных физико-географических >вгионов: Амурской области, Хабаровского края, Приморья, Северной [ореи, Украинских Карпат, Черноморского побережья Кавказа, Алжира. !. Доказано, что последовательность прохождения дождевых паводков ) пределах паводочного периода удовлетворительно описывается мо-ієлью процесса Пуассона.

!. Для различных регионов проанализирбваны максимальные расходы эоды. отдельных дождевых паводков и исследована их изменчивость з течение паводочного периода.

L Статистически обоснована достаточно простая.и универсальная !хема аппроксимации гидрографов отдельных дождевых паводков и )азработан алгоритм ее практической реализация, і. Впервые рэализован алгоритм построения модели и выполнена про-

верка адекватности расчетной схемы данным наблвдений, оценена ск тистическая устойчивость расчета относительно исходной информацот Практическая значимость работы состоит в том, что реализации модели позволяет достаточно полно учитывать имеющуюся информацию гидрометрических наблюдений о паводочном стоке за счет обработки данных о каждом наблюденном дождевом паводке, что особенно актуально для регионов с недостаточной гидрологической изученностью. Многократная реализация алгоритма моделирования методом Монте-Карло позволяет получить любое необходимое число искусственных гидрографов наволочного периода, статистические свойства которых соответствуют фактическим гидрографам стока. Полученный ряд иску< ственных гидрографов может быть использован в расчетах максимального стока и при решении водохозяйственных задач. Полученные результаты использованы в научных исследованиях кафедры гидрологии суши по теме "Исследование речного стока зоны БАМ в целях расчета его экстремальных значений и оценки водных ресурсов". В настоящее время модель используется для определения параметров проти-вопаводочного водохранилища на р.Читинке для защиты г.Читы от на волнений в рамках хоздоговорной темы "Экологическая оптимизация водных ресурсов Читинской ойласти на примере бассейна р.Ингоды".

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Ш научной конференции по проблемам водных ресурсов Дальневосточного' экономического района и Забайкалья /г.Владивосток, 1988 г./ на конференциях по проблемам нежелательных и опасных явлений на географическом факультете МГУ /г.Москва, 1988 и 1990 гг./, на научном семинаре кафедры гидрологии суши МГУ /г.Москва, 1992 г./ По теме диссертации опубликовано 5 статей.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четыр глав, заключения, списка литературы, приложения. Диссертация сод

шт 235 страниц, включая 135 страниц машинописного текста, 4? рисунков висновком текста и 81 рисунков в приложении, 19 таблиц в основном текста и 1 таблиц в приложении. Список использованной литературы включает 118 публикаций.