WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Бубин Михаил Николаевич

МНОГОЛЕТНИЕ КОЛЕБАНИЯ СЕЗОННОГО
СТОКА РЕК ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ


Специальность 25.00.27. – Гидрология суши,

водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Челябинск - 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет»

Научные руководители:

доктор географических наук, профессор М.А. Андреева (ЧГПУ, Челябинск).

доктор географических наук, профессор Н.С. Рассказова (ЮУрГУ, Челябинск).

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор

Гареев Ауфар Миннигазимович (Башкирский государственный университет,

г. Уфа)

кандидат географических наук, доцент

Старков Игорь Аркадьевич (Пермский государственный университет,

г. Пермь)

Ведущая организация:

ООО НТЦ Южно-Уральский научно-исследовательский и проектный институт водного хозяйства, г. Челябинск

Защита состоится: « 13 » ноября 2007 г. в 14-00 часов на заседании специализированного Совета Д. 212.189.08 при Пермском Государственном Университете по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, ПГУ, кор. 1, зал заседания ученого совета.

C диссертацией можно ознакомится в библиотеке Пермского Государственного Университета

Автореферат разослан « 12 » октября 2007 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим отправлять по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, ПГУ, ученому секретарю диссертационного Совета Д. 212.189.08

Ученый секретарь диссертационного Совета Д. 212.189.08

Кандидат географических наук, доцент

А.Б. Китаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Сезонный сток, представляет собой перемещение воды в процессе ее круговорота в природе в форме стекания по земной поверхности и в толще почвогрунта за гидрологический сезон. На его формирование влияют различные физико-географические факторы: геологическое строение, рельеф, климат, почвенно-растительный покров и т.д. Значительное влияние на сезонный сток оказывают макроциркуляционные процессы, развивающиеся над исследуемой территорией. Они подвержены изменению в пространстве и во времени и характеризуются многолетними колебаниями, в том числе, сезонными. Многолетние колебания – это изменения водности рек, происходящие в течение многолетних периодов, не выходящих за пределы современной климатической эпохи в виде более или менее значительных отклонений от нормы. Так, в маловодные годы резкие колебания сезонных характеристик речного стока наносят урон не только сельскому хозяйству, но и производствам, потребляющим большое количество воды. В многоводные годы наблюдаются наводнения, иногда катастрофические, разрушающие хозяйственные постройки, дороги, мосты, смывающие огороды и посевы.

Главным критерием многолетних колебаний сезонного стока во времени и в пространстве является ритмичность, под ней обычно подразумевают нестрогую повторяемость во времени группировок маловодных или многоводных фаз водности (Максимов, 1977). Природная ритмичность и ее фазы оказывают значительное влияние на функционирование различных отраслей хозяйства. Чаще всего авторы исследуют один из аспектов ритмичности, либо временной либо пространственный.

Целью нашей диссертационной работы является изучение многолетних колебаний сезонного стока рек на территории Челябинской области в пространственно-временном аспекте.

Объектом исследования являются реки Челябинской области.

Предметом исследования является изучение основных сезонных характеристик речного стока – модулей и расходов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

  1. Исследовать степень гидрологической изученности сезонного стока рек Челябинской области и в соответствии с ней выбрать исходные данные.
  2. Произвести статистическую обработку данных:

а). Восстановить пропуски в рядах наблюдений.

б). Проверить ряды на однородность.

в). Выбрать репрезентативный ряд.

  1. Проанализировать закономерности многолетних колебаний сезонного стока рек в зависимости от сезонного количества осадков и установить их связь с формами атмосферной циркуляции.
  2. Выявить ведущие ритмы многолетних колебаний сезонного стока рек.
  3. Установить степень синхронности колебаний сезонного стока рек, исследуемой территории.
  4. На основе анализа результатов исследований ритмичности и синхронности произвести районирование изучаемой территории по характеру многолетних колебаний сезонного стока рек Челябинской области.

Научная новизна работы:

  1. Выявлены закономерности многолетних колебаний сезонного стока рек Челябинской области и подтверждена их связь с атмосферной циркуляцией.
  2. На основании полученных результатов произведено районирование по характеру многолетних сезонных колебаний стока рек исследуемой территории для целей оптимизации хозяйства и решения инженерно-гидрологических задач.
  3. Создан электронный банк обработанных данных о сезонном стоке рек Челябинской области.

Исходные материалы

Исходными материалами для настоящей работы послужили официальные данные, опубликованные в гидрологических ежегодниках, материалы Челябинского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за период с 1936 по 2003 годы по 21 гидрологическому посту и материалы наблюдений за атмосферными осадками по 16 метеостанциям (рис 1). Исследуемые гидрологические ряды наблюдений содержали пропуски по отдельным гидрологическим постам. Количество восстановленных данных на отдельных створах рек не превышало 20% от общей длины ряда, что является приемлемым условием для дальнейших исследований (В.А. Румянцев, 2000).

В работе также использованы фондовые материалы Свердловского ЦГМС-р: карты барической топографии АТ500, схемы синоптических процессов за 1936 – 2001 годы и данные наблюдений Института Арктики и Антарктики, Главной геофизической обсерватории (ГГО) – каталог макросиноптических процессов по классификации Г.Я. Вангенгейма с 1936 по 1995гг.

Период с 1936 – 2003 гг. проверен на однородность и принят за репрезентативный для расчетов и обобщений. В качестве дополнительного, использовался ряд с наибольшим количеством совместных наблюдений с 1968 – 2003гг. Проверка рядов на однородность проводилась с использованием критерия распределения Стьюдента. Относительная среднеквадратичная ошибка среднего многолетнего значения ряда, не превышала 10%, что допускается правилами для дальнейших гидрологических расчетов (СП 33–101–2003), 2004. На всех реках начало весеннего половодья и зимней межени, тесно связано с водностью года: весеннее половодье в маловодные годы начинается позже, а зимняя межень раньше. Наступление указанных сезонов в многоводные и средние по водности годы по времени близко (Стеженская, 1971). Учитывая, что границы гидрологических сезонов едины для всех лет с округлением до месяца (СП 33–101–2003, 2004), а также то, что определение

- метеорологические посты; - горно-лесная зона;

- гидрологические посты; - лесостепная зона;

- гидрометеорологические станции - степная зона

Рис. 1. Гидрологические и метеорологические посты на территории Челябинской области, использованные автором для исследований

границ сезонов носит условный и дифференцированный характер (Андреянов, 1960, Чеботарев, 1962) и площадь водосборов исследуемых рек небольшая (в среднем 4000 км2), для исследования приняты границы сезонов ранее обозначенные В.Д. Быковым, (1963) и М.А. Андреевой, (1991). При проведении исследований приняты следующие сроки гидрологических сезонов: зимний период – с ноября по март, весенний – апрель-май период, летне-осенний – с июня по октябрь включительно.

Данные границы гидрологических сезонов используются Челябинским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Методы исследований

Для обработки исходных данных и комплексного исследования многолетних колебаний сезонного стока рек использовались алгоритм, методика и информационная система-технология «Природа», разработанная Н.С. Рассказовой. В работе использовались также возможности электронных таблиц Excel 2000, которые применялись для вычислений параметров репрезентативного периода, при определении водности лет и при построении разностных интегральных кривых и скользящих средних и т.д.

Восстановление пропусков в рядах наблюдений за расходами воды и атмосферными осадками осуществлялось регрессионным методом. Восстановление пропусков естественных величин сезонного стока осуществлялось при помощи ИС-технологии «Природа» (Н.С. Рассказова, 2000, 2003). Для определения точности оценки параметров исследуемых рядов произведен расчет предельной допустимой ошибки. Ее вычисления производились с использованием критерия распределения Стьюдента. Для доказательства достоверности результатов, полученных по репрезентативному периоду, высчитывалась относительная среднеквадратичная ошибка среднего многолетнего значения ряда. Водность года определялась по эмпирической ежегодной вероятности превышения гидрологических характеристик.

При помощи корреляционного анализа выявлялась взаимосвязь между гидрометеорологическими показателями. Для оценки достоверности коэффициента корреляции рассчитывалась его среднеквадратичная ошибка.

При выявлении фаз водности сезонного стока, при анализе количества выпадения сезонных атмосферных осадков на территории области и т.д. в качестве основного метода исследований многолетних колебаний применялся метод разностных интегральных кривых. При выявлении закономерностей распределения осадков анализировались карты барической топографии АТ500 и схемы синоптических процессов. Ведущие ритмы многолетних колебаний сезонного стока выявлялись с помощью Фурье-анализа, метода разностных интегральных кривых и скользящих средних. Районирование исследуемой территории с учетом особенностей многолетних колебаний сезонного стока производилось на основе результатов кластерного анализа. Надежность полученной связи между объектами в кластерах проверялась величиной коэффициентов ранговой корреляции Спирмэна. Для подтверждения обоснованности выделенных гидрологических районов применялся метод повторной выборки.

Апробация работы

Основные положения работы обсуждены на научно-исследовательских конференциях Челябинского государственного педагогического университета (Челябинск, 2001 – 2005), на двух региональных научно-практических конференциях: «Проблемы географии Урала и сопредельных территории» (Челябинск, 2004, 2006), областной научно-практической конференции «Проблемы охраны водных объектов Челябинской области» (Челябинск, 2007), международной научно-практической конференции «Проблемы водохранилищ и их водосборов» (Пермь, 2007) и международной заочной конференции: «Проблемы рационального природопользования» (Египет, Хургада, 2007). Всего по данной теме опубликовано девять работ, в том числе одна статья в журнале «Экология и промышленность России», входящим в перечень ВАК.

Практическая значимость результатов работы

Созданная и обработанная автором электронная база данных может служить основой для приведения коротких рядов к норме по створам-аналогам, а также использоваться для дальнейших исследований не только сезонного, но и внутригодового распределения стока рек.

Особенности ритмических многолетних колебаний сезонного стока, выявленные автором, могут использоваться при решении различных хозяйственных задач: при составлении кадастровых карт с целью экономической и кадастровой оценки территории на водосборной площади бассейнов; при проведении расчетов многолетнего регулирования сезонного стока и выборе оптимальных параметров гидроузлов при проектировании гидротехнических сооружений; при проектировании водохранилищ, где учет ритмичности позволяет снизить их объем и уменьшить затраты при строительстве; при размещении хозяйственных объектов. Игнорирование сведений о ритмичности многолетних колебаний сезонного стока рек, может привести к затопляемости территории и причинению ущерба и т.д.

Отдельные результаты работы, полученные автором, используются Челябинским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды для мониторинга рек области: база данных сезонных и внутригодовых среднемесячных расходов и модулей стока с восстановленными пропусками в рядах наблюдений, коэффициенты вариации. Схемы гидрологического районирования территории Челябинской области по характеру многолетних колебаний сезонного стока, внедрены в Уральском институте оценки и маркетинга «АКСВЕЛЛ». Предложенные схемы используются при составлении исходных данных с целью кадастровой оценки земельных участков на водосборной площади бассейнов, при оценке стоимости земельных территорий, с целью определения их кадастровой стоимости, налоговых и арендных ставок (Акты внедрения прилагаются).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (196 наименований) и 6 приложений. Ее содержание изложено на 173 страницах машинописного текста, в том числе 35 таблиц и 39 рисунков. Общий объем работы составляет 218 страниц.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность доктору географических наук, профессору Марии Андреевне Андреевой, доктору географических наук, профессору Надежде Степановне Рассказовой, за руководство и помощь при выполнении данного исследования. Также, автор считает своим долгом выразить глубокую признательность сотрудникам кафедры гидрологии и охраны водных ресурсов Пермского государственного университета, за ряд ценных замечаний в ходе выполнения работы.

За предоставленные материалы автор благодарит заведующего гидрологическим отделом Челябинского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Владимира Ивановича Афонина.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

На защиту вынесено три положения, которые рассматриваются ниже:

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»