WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

На правах рукописи

Иванова Ольга Игоревна ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПРОГНОЗ ВЕСЕННЕГО ПОЛОВОДЬЯ ЛЕСНЫХ И ЛЕСОСТЕПНЫХ РЕК СРЕДНЕЙ СИБИРИ 25.00.27 – гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Иркутск – 2011

Работа выполнена в Красноярском государственном аграрном университете

Научный консультант: доктор географических наук, профессор Бураков Дмитрий Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор географических наук Игнатов Анатолий Васильевич кандидат географических наук Бережных Тамара Васильевна

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН (г. Барнаул)

Защита состоится 28 апреля в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.010.01 по защите докторских диссертаций при Учреждении Российской академии наук Институт географии им. В.Б. Сочавы Сибирского отделения РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1.

Факс: (3952) 42-27-17 Е-mail: postman@irigs.irk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии им. В.Б.

Сочавы СО РАН Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1, ученому секретарю диссертационного совета д.г.н. Рагулиной М.В.

Автореферат разослан « » марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор географических наук Рагулина М.В.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Условия формирования весеннего половодья значительно меняются от года к году. Каждый год накапливается разное количество снега, почва обладает разной водопроницаемостью, c разной интенсивностью протекает таяние снежного покрова.

Высокие дружные половодья приводят к затоплению населенных пунктов, прорыву плотин и спуску прудов. Даже небольшие реки в период половодья могут наносить большой ущерб хозяйству и имуществу граждан. Ярким примером служит р. Кача у г.

Красноярска (площадь водосбора 1250 км2), в долине которой, в устьевой части располагаются жилые районы города с многоэтажной застройкой, попадающие в годы с высоким половодьем в зону затопления. За последние 10 лет это случилось трижды (1999, 2001, 2005 гг).

Прогноз весеннего стока сводится к заблаговременному определению суммарных потерь стока. Исследования В.Д. Комарова для условий Европейской части России (степная и лесостепная зоны) показали, что изменение от года к году глубины промерзания почвы влияет на талый сток и его потери в тех районах, где эта глубина в конце зимы не превышает 60 см. В Сибири, даже на юге, почвы ежегодно промерзают значительно глубже, чем на 60 см. До сих пор вопросу оценки потерь стока весеннего половодья в Сибири в условиях глубокого промерзания почв уделялось недостаточно внимания.

Цели работы:

1. Исследовать факторы, влияющие на величину потерь стока весеннего половодья в условиях глубокого промерзания почв.

2. Провести комплексный географический анализ факторов весеннего половодья в условиях юга лесной и лесостепной зон Средней Сибири.

3. Адаптировать концептуальную математическую модель формирования стока и оценить возможность ее применения для прогноза ежедневных уровней воды р. Качи у г. Красноярска.

Задачи работы:

1. Создать электронный архив гидрометеорологических данных по изучаемым бассейнам рек.

2. Оценить репрезентативность различных показателей увлажнения и промерзания почвы для прогноза потерь стока весеннего половодья.

3. Реализовать различные подходы аналитического описания физикостатистических водно-балансовых зависимостей для прогноза стока весеннего половодья и оценить показатели точности этих зависимостей.

4. По данным наземных гидрометеорологических наблюдений и спутниковой информации среднего разрешения о динамике снегового покрытия:

• выполнить оптимизацию параметров концептуальной модели формирования стока р. Качи – г. Красноярск;

• произвести модельные расчеты динамики схода снега, водоотдачи склонов и притока в русловую сеть в ландшафтных районах и высотных зонах бассейна;

• рассмотреть возможность реализации модели для прогноза ежедневных уровней воды р. Качи у г. Красноярска.

Объекты исследования – реки степной, лесостепной и горно-таежной зон в центральной части Средней Сибири (Большая Уря – п. Малая Уря, F= 1150 км2; Кача – г.

Красноярск, F= 1250 км2; Кача – п. Емельяново, F= 561 км2).

Методические основы исследования:

1. комплексный гидролого-географический анализ;

2. выявление прогностических зависимостей по данным многолетних гидрометеорологических наблюдений с использованием математических методов и программных средств обработки данных (Microsoft Excel, MapInfo, GidroStatistica, STATISTICA).

3. Математическое моделирование процессов формирования стока с применением концептуальной модели.

Исходные данные. Работа основана на материалах стандартных многолетних наблюдений гидрометеорологической сети Среднесибирского УГМС и регулярной информации спутника TERRA о заснеженности территории.

Диссертация подводит итог исследований, проводимых автором начиная с 1999 г по планам Росгидромета в составе Красноярского НИЦ и Красноярского ЦГМС-Р Среднесибирского УГМС (тема РЗ 1.9.4.3, 1999 г, раздел: Краткосрочный прогноз ежедневных уровней воды на реках Сибири – реки Кача, Туба; тема 8.145, 2010 г, раздел: Метод прогноза ежедневных уровней воды р. Кача – г. Красноярск).

Научная новизна работы:

1. Установлено, что степень увлажнения и термические условия промерзания почвогрунтов в начале зимы оказывает влияние на сток талых вод. Обосновано применение репрезентативного показателя водопоглотительной способности речных бассейнов для прогноза стока талых вод на реках южной тайги и лесостепи Средней Сибири.

2. С применением различных подходов аналитического описания физикостатистических водно-балансовых зависимостей, определены численные значения параметров прогностических уравнений в конкретных условиях южной тайги и лесостепи Средней Сибири и показана их связь с ландшафтными характеристиками территории.

3. Реализована концептуальная математическая модель краткосрочных прогнозов ежедневных уровней воды разнообразного в ландшафтном отношении бассейна (р. Кача), учитывающая как наземную гидрометеорологическую информацию, так и космическую информацию среднего разрешения о динамике снегового покрытия территории.

Подтверждена возможность моделирования динамики схода снега, водоотдачи склонов и притока в русловую сеть в высотных зонах бассейна в условиях недостаточного информационного гидрометеорологического обеспечения.

Практическая значимость. Для отдела гидрологических прогнозов Красноярского Гидрометцентра разработан комплекс методик прогноза характеристик весеннего половодья. В оперативной практике используется автоматизированный метод прогноза ежедневных уровней воды р. Качи у г. Красноярска.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на техническом семинаре Красноярского ЦГМС-Р Среднесибирского УГМС (2009); на VII научно-практической и методической конференции, посвященной 100летию Красноярского отдела РГО «География на службе науки, практики и образования» (Красноярск, 2001); на региональной научно-практической конференции «Аграрная наука на рубеже веков» (Красноярский государственный аграрный университет, 2006), на региональной научной конференции посвященной юбилею Красноярского гос.

аграрного ун.-та (Красноярск, КрасГАУ, 2007); на III Международной научнопрактическая конференция молодых ученых «Инновационные тенденции развития российской науки» (Красноярск, КрасГАУ,2010г.); на кафедре Природообустройства института землеустройства, кадастров и природообустройства Красноярского государственного аграрного университета (2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы, 3 приложений. Основной текст изложен на страницах машинописного текста, включает 36 таблицы и 28 рисунков. Список литературы содержит 96 источников.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, определены цели и задачи работы, методы их решения, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Дан краткий обзор истории исследования факторов, формирующих снеговое половодье.

В первой главе рассмотрено теоретическое обоснование общего вида зависимости стока талых вод от основных факторов его формирования. Приведены интегральные уравнения стока снегового половодья и его расчетные аппроксимации, дающие физически обоснованное представление об общем нелинейном виде зависимостей стока от поступления воды и емкостного поглощения.

Во второй главе рассмотрены физико-географические условия и климатические характеристики исследуемой территории. Здесь же дана краткая гидрографическая характеристика бассейнов рассматриваемых рек Кача – с. Емельяново, Кача – г. Красноярск, Большая Уря – с.

Малая Уря.

В третьей главе исследуются факторы и характеристики весеннего половодья в бассейнах рассматриваемых рек: снегонакопление, территориальное распределение снежного покрова, снеготаяние, талая, дождевая и подземная составляющие стока весеннего половодья. При помощи математических методов (парная и множественная корреляция, методы оптимизации) обоснованы предикторы, характеризующие влияние начального состояния бассейна на потери талых вод в условиях глубокого промерзания почв в лесных и лесостепных бассейнах Средней Сибири. Получены уравнения для прогноза стока талых вод.

В четвертой главе рассмотрены концептуальные математические модели стока, используемые в гидрологических прогнозах (модели Е.Г.Попова, В.И. Корня и В.А. Бельчикова, Д.А.

Буракова).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ЯВЛЯЮЩИЕСЯ ПРЕДМЕТОМ ЗАЩИТЫ 1. Учет ландшафтных особенностей речного бассейна позволяет уточнить оценки показателей снегонакопления, весенних осадков и других предикторов, входящих в водно-балансовые зависимости, применяемые для прогноза характеристик весеннего половодья.

В бассейне р. Кача выделяются два района: 1) горно-таежный (верхняя часть бассейна); 2) лесостепной и степной (в среднем и нижнем течении реки). Горнотаежный район (до п. Емельяново) занят хвойными и смешанными лесами. Средняя его высота составляет 407 м, максимальная – 825 м. Характерные высоты местности в лесостепном и степном районе составляют 200-300 м. Здесь преобладают степные ландшафты, значительная часть их представляет сельскохозяйственные угодья. Модуль годового стока в горно-таежном районе составляет 6,35 л/скм2, уменьшаясь в лесостепном и степном до 3,95 л/скм2.

Река Большая Уря – типичная река северной лесостепи. Средняя высота ее водосбора составляет 340 м. Осадков выпадает заметно меньше, чем в бассейне реки Кача.

Степные участки заняты сельскохозяйственными угодьями. Средний годовой модуль стока в бассейне до створа с. Малая Уря составляет 1,64 л/скм2.

По объему стока и высоте уровней воды наиболее значительной фазой гидрологического цикла рек Качи и Большой Ури является весеннее половодье.

Снежный покров. В лесостепи и степи Средней Сибири неравномерность залегания снежного покрова определяется разнообразием рельефа и растительного покрова. В лесных массивах снежный покров залегает более равномерно. Здесь заметное влияние на микрорельеф снежной поверхности оказывают пространственная изменчивость состава, полноты, возраста и ярусности леса. Различия величин снегозапасов в поле и в лесу вызывается следующими физическими причинами: 1) ветровой перенос снега; 2) оттепели; 3) испарение и конденсация.

Определение снегозапаса в бассейнах рек Качи и Большой Ури выполнено с учетом территориального распределения ландшафтов и расположения снегомерных маршрутов. Снегозапас, средний на площади рассматриваемых бассейнов, рассчитывается по формулам:

• для бассейна р. Качи у пос. Емельяново SЕ= Sл.Кача fл + Sп.Кача (1 – fл), • для бассейна р. Качи у г. Красноярска SК= Sл.Кача fлхв + Sл.Красн fлл + Sп.Красн fп • для бассейна р. Большая Уря у с. Малая Уря SУ= Sп.Сол fп+Sл.Ил fл, где: Sл.Кача – запас воды в снежном покрове в темнохвойном лесу по снегосъемке в пос. Кача;

Sп.Кача – запас воды в поле по снегосъемке в пос. Кача; fл – доля площади бассейна, занятая лесом; fп - доля площади бассейна занятая открытыми участками; Sп.Красн - запас воды в снежном покрове на безлесных участках по метеостанции Красноярск Опытное поле (поле); Sл.Красн - запас воды в снежном покрове в лиственных и смешенных лесах по метеостанции Красноярск (лес); fлхв – доля площади бассейна, занятая темнохвойным лесом; fп - доля площади бассейна, занятая безлесными участками; fлл– соответственно, доля площади бассейна занятая лиственными и смешенными лесами; Sп.Сол – запас воды в снежном покрове на открытых участках по метеостанции Солянка (поле); Sл.Ил– запас воды в снежном покрове в лиственных и смешенных лесах по метеостанции Ильинка (лес). Так как снегомерная съемка на полевом маршруте в бассейне Кача – пос. Емельяново не проводится, запас воды Sп.Кача принимаем с учетом соотношения Sп.Кача = 0.87 Sл.Кача, где коэффициент 0,87 учитывает среднее соотношение снегонакопления на открытом и лесном ландшафтах По результатам многолетних исследований в горно-лесной части бассейна реки Кача запасы воды в снежном покрове в конце зимы в среднем составляют 227 мм. Здесь снеготаяние, по средним многолетним данным, в лесу завершается в середине мая. Лесостепная и степная части бассейна реки Кача до г. Красноярска более засушливы.

Средний многолетний запас воды в снеге составляет здесь 120 мм. Снеготаяние в этой части бассейна, по средним многолетним данным заканчивается в конце марта.

В лесостепном бассейне реки Большая Уря запас воды в снеге в среднем равен мм. В безлесных частях бассейна снеготаяние в ранние весны заканчивается к 10 марта, в затяжные – к 1 мая. На лесных возвышенных участках бассейна наиболее ранняя дата схода снега 2.04, поздняя – 9.05.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.