WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Второй подход, рассмотренный Д.А. Бураковым, состоит в том, что используется постоянное распределение поверхностного задержания, отвечающее случаю наиболее низкого предшествующего увлажнения бассейна. Изменение предшествующего увлажнения за счет выпадения летне-осенних дождей и миграции влаги в зимний период к фронту промерзания учитывается некоторым слоем воды U, который назван слоем начального заполнения водоудерживающей емкости. Перед началом снеготаяния этот слой находится в замерзшем состоянии. Он участвует в формировании весеннего стока по мере оттаивания почв и грунтов после схода снега на тех участках бассейна, в пределах которых слой воды U превышает емкостное задержание. При таком подходе параметр потерь Р задается постоянным (соответствует наиболее низкому увлажнению бассейна), а слой начального заполнения почвенно-грунтовой емкости U изменяется по годам в зависимости от показателей предшествующего увлажнения и промерзания.

Формула для в этом случае получит вид: =1-((J+Z)/(X+U)). Как и ранее, считаем, что (J+Z) возрастает с увеличением поступления воды (Х+U), т.е. допускаем const.

Рассмотренной схеме отвечают уравнения (9 – 12, табл.2). В них переменной величиной, зависящей от характеристик осеннего увлажнения и промерзания, является U. Зависимости для U рассматриваются ниже. Забегая вперед, отметим, что параметры воднобалансовых уравнений для прогноза весеннего стока тесно связаны с характеристиками ландшафта. Итак, на основе интеграла (4) мы получили несколько типов прогностических уравнений. Вопрос, какое из них предпочтительнее, мы рассмотрим в дальнейшем.

2. Среди множества косвенных характеристик водопоглотительной способности речных бассейнов южной тайги и лесостепи Средней Сибири наиболее существенно на потери весеннего стока влияют термические условия промерзания и степень увлажнения почво-грунтов в начале зимы.

Большинство подходов к прогнозам потерь стока весеннего половодья основаны на учете характеристик осеннего запаса почвенной влаги и глубины промерзания почвы. Исследованиями Н.А. Качинского, В.Д. Комарова и др. установлено, что водопроницаемость мерзлой почвы в значительной степени определяется степенью ее осеннего увлажнения и глубиной промерзания. Поры хорошо увлажненной с осени почвы в течение холодной зимы забиваются льдом, в результате чего почва становится практически водонепроницаемой. Запас холода в льдистой почве существенно больше, чем в сухой. По этой причине, чем выше осеннее увлажнение почвы, тем больше весной запас холода в промерзшей почве. Как показано в исследованиях В.В Романова, И.Л. Калюжного, К.К. Павловой, талая вода, поступающая в мерзлую почву при достаточном запасе холода в ней, может частично или полностью замерзать с образованием на некоторой глубине «запирающего слоя».

В.Д. Комаров отмечает, что основным фактором изменчивости суммарных потерь талых вод в лесной зоне является начальная влагонасыщенность бассейна, а влияние промерзания на потери стока в лесах проявляется весьма слабо. Той же точки зрения придерживаются И.Л. Калюжный и К.К. Павлова.

Водопроницаемость почв в поле меньше, чем в лесу, как при талом, так и при мерзлом состоянии почвенной влаги. Глубина промерзания в поле влияет на мощность запирающего слоя и продолжительность его существования. При малой глубине промерзания водонепроницаемый слой существует непродолжительное время и успевает оттаять еще до окончания половодья.

Как показали исследования В.Д. Комаров, выполненные в Европейской части России, изменение от года к году глубины промерзания почвы влияет на талый сток и его потери в тех районах, где эта глубина в конце теплых зим не достигает 60 см (степная и лесостепная зоны). В Сибири почвы ежегодно промерзают, как правило, глубже, чем на 60 см, следовательно, следуя В.Д. Комарову, для оценки потерь стока весеннего половодья достаточно учитывать только один фактор – степень предзимнего увлажнения водосбора. До сих пор вопросу оценки потерь стока весеннего половодья в условиях глубокого промерзания почв для условий Сибири уделялось недостаточно внимания.

Рассмотрим этот вопрос.

Весьма важное место в практике прогнозов занимают косвенные характеристики водопоглотительной способности бассейнов. В качестве факторов, характеризующих потери талого стока, нами рассмотрено более 200 различных косвенных характеристик начального состояния бассейна.

Подбор предикторов, характеризующих влияние предшествующего увлажнения и промерзания почв, выполнен следующими способами:

1- й способ – на основе парной корреляции стока талых вод (Y) с различными характеристиками увлажнения и промерзания (m);

2- й способ – путем расчета коэффициентов множественной корреляции зависимости стока от 2 и более предикторов Y=a1 X + a2 m + b, где a1, a2 – коэффициенты регрессии, b – свободный член (см. табл.3)с оценкой статистических показателей связи;

3- й способ – методом оптимизации параметров уравнений для стока талых вод.

В результате анализа первым способом отобраны следующие предикторы:

• сумма среднемесячных расходов воды за сентябрь–октябрь (Q );

9+• сумма осадков за сентябрь–октябрь (Х9+10);

• продуктивная влажность почвы перед установлением зимы (Wр)рассчитана согласно В.А. Романенко;

• H =Нл–Нmin, где Нл – уровень на момент начала ледостава, Нmin– минимальный зимний уровень воды ( H характеризует комплекс гидрометеорологических условий в период установления зимы);

• уровень воды 31.03, косвенно характеризующий «предвесеннюю подготовку» бассейна (Н31.03);

• сумма среднемесячных значений температуры воздуха за холодный период (Тзим);

• средняя месячная температура воздуха за период установления снежного покрова (Т10 – за октябрь или Т11 – за ноябрь);

• высота снежного покрова в конце периода установления устойчивого снежного покрова (hс – за 20 октября или 20 ноября);

• температура почвы на глубине 0.2 м за третью декаду апреля (Тп).

Наиболее тесные связи получены с участием косвенных характеристик осеннего увлажнения бассейнов, а также показателей условий замерзания почв в период установления зимы (Q, Х9+10, Wр, Т,).

9+Результаты оценки репрезентативности различных характеристик увлажнения и промерзания вторым способом представлены в таблице 3.

В ней, кроме коэффициента множественной корреляции (R), приводятся tстатистики для переменных правой части уравнения t= ai/i, где аi – коэффициент регрессии при i-ой переменной; – его средняя квадратичная ошибка. Чем больше i значение t-статистики по сравнению с единицей, тем надежнее уравнение регрессии. Если t меньше 1.5 – 2.0, то использование соответствующей переменной нецелесообразно.

Для бассейнов с преобладающим «весом» лесостепных ландшафтов (р. Большая Уря – с. Малая Уря; р. Кача – г. Красноярск) приемлемы все рассмотренные характеристики предшествующего увлажнения (X9+10, Q9+10, Wр, Т). Для горно-таежного бассейна р. Кача –с. Емельяново сумма осенних осадков в качестве характеристики осеннего увлажнения непоказательна (табл.3). В этом случае более показательной характеристикой увлажнения бассейна является осенний сток.

Как показали результаты, полученные способом множественной регрессии, на потери весеннего стока влияют условия промерзания почвы в начале зимы. Чем ниже температуры воздуха в переходный период, и чем меньше в это время выпадает осадков, тем быстрее увеличивается глубина промерзания почвы, и тем большее количество влаги подтягивается к фронту промерзания при достаточном осеннем увлажнении. Этим, на наш взгляд, объясняются положительные результаты применения комплексного показателя А0 для характеристики начального состояния бассейна, имеющего вид:

K A0 = KQ 10 -T, (13) 9+Kh +Q9+10 10 - T h +где KQ =, K10-T =, Kh+100 = – соответствующие модульные ко9+Q9+10 10 - T h +эффициенты (черта сверху обозначает среднее многолетнее значение); KQ – модуль96+ный коэффициент суммы среднемесячных расходов воды за сентябрь и октябрь; Т– средняя месячная температура воздуха в ноябре для лесостепных и степных, и в октябре – для горно-лесных бассейнов; h – высота снега за третью декаду ноября для лесостепных и степных, и за третью декаду октября – для горно-лесных бассейнов. В формуле (13) модульный коэффициент осеннего стока характеризует предзимнее увлажнение водосбора. Температура воздуха и высота снежного покрова в начале зимы отражают условия промерзания почвы и, как упомянуто выше, интенсивность миграции влаги к фронту промерзания. Коэффициенты парной корреляции между стоком талых вод и комплексным показателем А0 составили 0.41, 0,31 и 0,36 соответственно для рек Большая Уря – с. Малая Уря, Кача – с. Емельяново и Кача – г. Красноярск.

Коэффициенты множественной корреляции и значения t-статистик (табл.4) подтверждают возможность применения для целей прогноза стока талых вод комплексного показателя А0. Этот вывод справедлив для всех рассматриваемых бассейнов.

Возможность использования показателя А0 совместно другими характеристиками предшествующего состояния речного бассейна вытекает из анализа уравнений, включающих три и более переменных. Например, для реки Большая Уря наибольшим коэффициентом множественной корреляции и достаточно высокими значениями t-статистик характеризуется уравнение Y=a1X+a2A0+a3 H + b (табл.3), которое включает, кроме A0, также показатель H =Нл–Нmin, где (Нл)– уровень воды на момент начала ледостава, Нmin– минимальный зимний уровень воды.

Таблица Коэффициент множественной корреляции (R) и t-статистики линейных зависимостей tt-статистики статистики переменных № переменных № Вид зависимостей *) R Вид зависимостей R правой часпп пп правой части уравнети ния уравнения р.Большая Уря–с. Малая Уря Y =a1X+a2 T11 +b 0.83 7.13; –1.1 Y=a1X+a2X9+10+b 0.72 5.96; 3.65 Y=a1X+a2 A0 +b 0.83 6.96; 1.2 Y=a1X+a2Q9+10+b 0.71 6.84; 3.00 Y=a1X+a2 H31.03 +b 0.83 7.70; 1.3 Y=a1X+a2 Wр +b 0.70 4.86; 2.76 Y=a1X+a2A0+a3H31.03 0.85 7.10;1.61; 1.+ b Y=a1X+a2(LWр) +b 0.67 6.00; 1.67 р. Кача –c. Емельяново 5 Y=a1X+a2 T11 +b 0.70 5.79; –2.51 Y=a1X+a2X9+10+b 0.72 6.75; 0.6 Y=a1X+a2 A0 +b 0.78 7.65; 5.09 Y=a1X+a2Q9+10+b 0.74 7.45; 1.7 Y=a1X+a2 H +b 0.74 7,64; 3.81 Y=a1X+a2 Wр +b 0.74 7.04; 1.Y=a1X+a2A0+ a3 H + 0.82 8,70;4.35; Y=a1X+a2T10 +b 0.75 6.91; –2.b 3. р. Кача –г. Красноярск Y=a1X+a2 Тп0,2 +b 0.76 6.96; –2.1 Y=a1X+a2X9+10+b 0,83 7.00; 1.50 Y=a1X+a2 A0 +b 0.77 7.01; 2.2 Y=a1X+a2Q9+10+b 0.83 7.71; 1.27 Y=a1X+a2 Тзим+b 0.74 7.18; 1.3 Y=a1X+a2 Wп +b 0.83 6.69; 1.50 Y=a1X+a2A0+a3Тп0,2 0.78 7.32;2.60;

+ b –2,Y=a1X+a2(LWр) +b 0.83 7.33; 1.*) Примечание: обозначения представлены в тексте В этом случае косвенная характеристика потерь талого стока (m) представляется в виде линейной комбинации: m=A0+((a2/a)3H). Аналогично представляются линейные комбинации для рек бассейна Качи (табл.4).

Таблица Уравнения для расчета комплексных характеристик потерь талых вод Река – пункт Комплексные характеристики потерь стока талых вод ( m ) KA0+0.04 H, где A0 = KQ -TБольшая Уря – с. Малая Уря 9+ Kh +100 H =(Н л – Нmin) 30. KA0 = KQ -TКача – с. Емельяново A0 – 0,20 Тп 0.9+ Kh +30. KA0 = KQ -TКача – г. Красноярск 9+A0 + 0,02 Н31. Kh + Третий способ обоснования предикторов, характеризующих влияние начального состояния бассейна на потери талых вод, – оптимизации параметров уравнений для стока талых вод (5 – 8, 9 – 12, табл. 2 ), в которых показатель потерь Р выражается с помощью эмпирической зависимости от характеристик увлажнения и промерзания. Результаты оптимизации представлены в таблице 5 на примере лесостепной реки Большая Уря.

Аналогичные результаты получены по горно-таежному бассейну р. Кача – с. Емельяново, и бассейну р. Кача – г. Красноярск, значительная часть которого представлена лесостепными и степными ландшафтами.

С учетом результатов ранее выполненных исследований (Бураков, 1978, 2004), эмпирические зависимости параметра потерь (Р) и слоя начального заполнения водоудерживающей емкости (U) имеют вид P = d - c lg[( m - mmin )St + 1], (14) U =d1 +c1lg[(m-mmin)St +1], (15) где m – показатель предшествующего состояния бассейна; mmin – минимальная за период наблюдений величина этого показателя, характеризующая наиболее низкое предшествующее увлажнение; St – показатель степени.

Для m=mmin (минимальное значение показателя) параметр Р получит наибольшее значение, соответствующее водоудерживающей емкости предельно сухого бассейна, равное величине d, т.е. P=P0=d. То есть коэффициент d характеризует максимально возможную величину параметра потерь талого стока P0. Как следует из формулы (15), в условиях предельно сухого бассейна слой начального заполнения водоудерживающей емкости (U) примет минимальное значение U=Umin=d1, т.е. d1, представляет минимально возможный слой начального заполнения водоудерживающей емкости Umin.

Оптимизация параметров d, c, d1, c1, n и St выполнена методом Розенброка, параметра а – методом наименьших квадратов (Бураков, 1978). Теснота зависимостей для прогноза стока талых вод (табл. 5) характеризуется отношением 0/, где – стандартное отклонение талого стока от нормы.

В процессе оптимизации использовались характеристики увлажнения, отобранные по рассмотренным выше результатам корреляционного анализа. Это осенний сток Q9+10, параметр А0 и другие комплексные параметры (табл. 5), а также осенние осадки и влажность почвы (Х9+10, Wp). Последние, приняты с масштабным множителем 0.(табл. 5).

Анализ значений критерия качества при использовании различных характеристик увлажнения и промерзания подтвердил, что наиболее репрезентативными для бассейна р. Большая Уря являются комплексные показатели, представленные в (табл. 4). Этот вывод относится и к бассейну р. Качи.

Pages:     | 1 | 2 || 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.