WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Таким образом, в результате поэтапного применения методов регрессионного анализа и оптимизации установлено, что на потери весеннего стока в районах глубокого промерзания почво-грунтов влияют факторы осеннего увлажнения и промерзания бассейна в начале зимы. Результаты оптимизации и оценки критерия качества показали, что уравнения (9 – 11, табл. 2), которые учитывают слой начального увлажнения (U), хорошо подтверждаются данным наблюдений (т.е. отличаются лучшими показателями критерия качества). Этот вывод справедлив как для лесостепных ландшафтов, так и для горно-таежных. В уравнениях (9 – 11) параметр потерь (Р) характеризует водоудерживающую емкость в условиях наиболее низкого предшествующего увлажнения и является постоянной для данного бассейна величиной. Для исследуемых бассейнов его величина нами задана 100 мм. В бассейнах, где преобладают степные ландшафты, увлажнение после засушливых лета и осени близко к минимально возможному. По ре зультатам наших расчетов в этом бассейне d1 = 5 мм (см. табл. 5), соответствует условию, что d1 = Umin 0. В горно-таежном бассейне оптимальные значения d1 достигают 60 и более мм (см. табл.6). Эти величины характеризуют зону избыточного увлажнения.

Параметр а зависит как от постоянно бессточной площади ( ), которая в рассматриваемых условиях невелика, так и от потерь стока на испарение и инфильтрацию в период снеготаяния (коэффициент ) и на спаде половодья (коэффициент Кс).

Таблица Параметры и критерий качества (0/) уравнений для прогноза талого стока (Y ) (при St =1) р. Большая Уря – с. Малая Уря Кри Показатели натерий Параметры чального состоякачеВид формулы для Y ния бассейна *) ства 0/ d с а n m **) 1) 82.7 234.0 0.550 А0 0. 96.1 241.0 0.590 A0+0.04(Н л–Н min) 0.(S + x) Y = a (S + x) - P th 57.1 195.2 0.437 0.01 Х9+10 0.P 55.6 121.9 0.446 Q9+10 0.P = d - clg(m - mmin +1) 59.0 100 0 0.447 0.01Wp 0.2) 103.7 295.8 0.571 А0 0.( S + x ) - 126.0 338.6 0.594 A0+0.04(Н л– Нmin) 0.1 P Y = a + x) - P - e (S 76.4 265.1 0.454 0.01 Х9+10 0. 70.3 100.0 0.530 Q9+10 0.P = d - clg(m - mmin +1) 64.6 100.0 0.465 0.01Wp 0.А115.0 328.8 0.573 1.433 0. - -n 3) n (S + x) Y = a(S + x) - P 108.2 242.9 0.637 1.97 A0+0.04(Н л– Нmin) 0. 1+ P 70.3 243.3 0.453 3.859 0.01 Х9+10 0. 69.7 154.7 0.451 1.426 Q9+10 0.P = d - clg(m - mmin +1) 70.5 107.0 0.464 1.286 0.01Wp 0. - -n n d1 c1 а n m S/ 4).

H 1 Y = aH - P + 5.0 242.8 0.558 2.53 А0 0. P 5.00 197.7 0.608 3.99 A0+0.04(Н л– Нmin) 0. H=S+x+U. P=100 мм 5.0 224.4 0.497 1.78 0.01 Х9+10 0.5.1 83.5 0.610 1.69 Q9+10 0.U = d1 + c1 lg(m - mmin +1).

5.3 116.4 0.475 1.51 0.01Wp 0. H 5), Y = a H - Pth 5.00 200 0.595 A0+0.04(Н л–Нmin) 0.P H - 6).

Y = a - P - e H 1 P 5.00 191.8 0.513 A0+0.04(Н л–Нmin) 0. Примечания: *) Х9+10 и Wp.– приняты с масштабным множителем 0. **) 0– средняя квадратичная ошибка расчета; – стандартное отклонение Согласно оценкам Буракова (1978), Кс изменяется от 0.75 в заболоченных низменностях до 0,90 – 0,95 в условиях пересеченного рельефа. Учитывая эти оценки и принимая во внимание =a/Kc(1-)=1-((J+Z)/(S+x+U)), получим, что в условиях засушливого лесостепного ландшафта (р. Большая Уря), где доля постоянно бессточной площади и потери стока на спаде сравнительно невелики, произведение Кс(1- w ) без существенной погрешности можно принять равным 0.85. Тогда, при а=0.608, получим =a/Kc(1-)=0.608/0.85=0.71. Среднее многолетнее значение водоподачи X = S + x для реки Большая Уря составляет 97 мм (табл.1). Следовательно, при принятых оценках, в этом бассредняя величина испарения и инфильтрации в период снеготаяния (J + Z) сейне составит примерно ( J + Z ) = ( X + U )(1 - c ) = (97 + 48 ) 0.29 =42 мм (U =48 мм рассчитано по формуле U = d1 + c1 lg(m - mmin +1), (табл. 6). Аналогичные расчеты показали, что потери на впитывание и испарение в период снеготаяния в бассейне Качи - пос. Емельяново увеличиваются в несколько раз, что соответствует трехкратному увеличению запасов снега и осадков за период снеготаяния (284 мм) и двукратному увеличению среднего по годам слоя начального заполнения водоудерживающей емкости.

Значительная разница потерь на инфильтрацию объясняется неодинаковым составом почво-грунтов у сравниваемых бассейнов. В бассейне Качи коренные породы перекрыты галечными, супесчано-суглинистыми, супесчаными и лессовидными отложениями. В бассейне Большой Ури преобладают с поверхности глинистые слабоводопроницаемые отложения.

Анализ значений критерия качества (табл. 5) 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. Рекомендуемые уравнения для прогноза талого стока (Y) с лучшим критерием качества после оптимизации параметров приведены в (табл. 6).

Графический вид зависимости стока талых вод от (S+х) и m (комплексная характеристика потерь) представлен на примере р. Большая Уря (рис. 3). При (S+х)=0 сток Y >0, что связано с поступлением воды от таяния почвенного льда (U ).

р. Большая Уря - п. Малая Уря 2.1.051.1.0.1.0.0.0.65 0.1.0.1.20 1.Y 0.73 0.0.0.71 0.0.1.121.27 0.91 0.0.0.0.920.57 0.1.14 0.79 0.750.39 0.0.0.0.0.0.22 0.790.48 0.0.440.52 0.69 0.0.730.910.0.30 0.95 0.690.0.0.040.22 0.0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 S+X - -3,3, H H, Y = 0,608 - 100 + U = 5,00 +197,7 lg(m - mmin +1) 1 Рис.3 Зависимость Y =f(S+X, m) 3. На основе использования ежедневной наземной гидрометеорологической информации, а также космической информации о динамике заснеженности территории, реализована концептуальная модель прогноза ежедневных уровней воды для бассейна р. Кача. Модель позволяет получить количественные характеристи ки весеннего половодья для ландшафтно-гидрологических районов и высотных зон бассейна в условиях ограниченной гидрометеорологической информации.

Модель Д.А. Буракова, разработанная для Сибирских рек, использует не только наземную, но и спутниковую информацию, позволяющую учесть динамику площади снегового покрытия бассейна в период снеготаяния. Накоплен опыт ее применения для рек Средней Сибири (Бураков, Авдеева 1996; Авдеева, 1999 и др.). Принципы построения модели и ее структура показаны на рисунках 4 и 5.

Таблица Рекомендуемые зависимости для прогноза стока талых вод *) Показатели начально- Параметры Вид уравнения го состояния бассейна 0/ d1 c1 а n (m) р. Большая Уря – с. Малая Уря H=S+x+U, P=100 мм A0+0.04(Н л – Нmin), U = d1 + c1 lg(m - mmin +1) K - - n 5.00 197.7 0.608 3.99 0.n A0 = KQ -T 9+ 1 H Y = aH - P + Kh + 30. P р. Кача – г. Красноярск H - 1 P. KY = aH - P - e A0 = KQ -T 9+ Kh +100 60.9 100.0 0.346 - 0.30. H=S+x+U. P=100 мм A0 + 0,02 Н31.U = d1 + c1 lg(m - mmin +1).

- р. Кача – п. Емельяново -n n 1 H Y = aH - P + n d1 c1 а P st K A0 = KQ -T9+ Kh + H=S+x+U, P=100 мм 30. 0.69.9 158.18 0.0.3.U = d1 + c1 lg((m - mmin )st +1), *)Примечание: дата выпуска прогноза: для р. Большой Ури и р. Качи (г. Красноярск) – в конце мата; для р. Качи (п. Емельяново) при m= A0 – в конце марта, при m= A0 – 0,20 Тп 0.– в конце апреля Принципы построения модели:

Русловое добегание воды расВ районах и высотных зонах считывается с применением В бассейне выделяются пространственная неравнофункции плотности вероятноландшафтномерность снегонакопления и стного распределения времени гидрологические рай- емкостного поглощения добегания элементарных объеоны и высотные зоны учитываются с применением мов воды и теоретических форвероятностных распремул моментов делений.

Рис. 4 Принципы построения модели С весны 2004 г в Красноярске установлено оборудование для приема информации спутника TERRA, в новом канале 1,6 мкм, в котором снежный покров имеет по сравнению с облаками более низкую отражательную способность. Согласно исследованиям В.Ю. Ромасько, комбинации каналов 1,6 мкм и видимого диапазона с применением так называемого NDSI - индекса (Нормализованный Дифференциальный Снеговой Индекс), позволяет эффективно отличать снег от прочих объектов на снимке, в том числе и от облачности ( Ромасько, 2010).

Общая структура модели формирования стока Расчет сне- Расчет водоотда- Расчет дина- Расчет руслоРасчет снеготаяния и мичного запаса чи бассейна от вого добегания гонакопления площади сне- талых вод и жид- воды на скло- воды к замыпо районам и гового поких осадков с уче- нах и притока кающему ствовысотным крытия воды в русло- ру том поглощения и зонам басзадержания воды вую сеть сейна Рис. 5. Общая структура модели формирования стока Использование спутниковой информации о динамике заснеженности территории речных бассейнов позволяет уточнять параметры блоков снегонакопления и снеготаяния математической модели формирования талого стока. Особенностью модели является подход к расчетам руслового добегания воды к замыкающему створу, в основе которого положена вероятностная трактовка кривой добегания. Преимуществом этого подхода является возможность аппроксимации кривой добегания гибкими статистическими распределениями с оценкой моментов этих распределений по теоретическим зависимостям, использующим ясные по физическому смыслу агрегированные характеристики (средняя скорость добегания и параметр продольного рассеяния).

Другой особенностью модели является учет истощения запасов воды в речной сети, накопленных к моменту выпуска прогноза. Для оценки русловых запасов учитываются уровни воды в пунктах наблюдений в речной сети рассматриваемого бассейна.

Расчетные соотношения модели прогноза включают ряд постоянных параметров, которые, являясь обобщенными характеристиками различных гидрологических процессов, могут меняться от бассейна к бассейну. Для уточнения неизвестных параметров используются методы оптимизации, т.е. ищутся такие их значения, при которых минимизируется критерий качества, характеризующий различие между фактическими и рассчитанными гидрографами расходов (уровней) воды. Нами используется сочетание методов оптимизации Розенброка (в котором реализуется «покоординатный спуск» с преобразованием координат), и линейной регрессии.

В основу оптимизации параметров блока снегонакопления и снеготаяния прогностической модели стока положены данные спутниковых наблюдений ИСЗ TERRA за динамикой площади заснеженности (снегового покрытия) районов бассейна в период снеготаяния. Такие данные получены за 2004 – 2010 гг.

Реализация математической модели прогноза ежедневных расходов (уровней) воды р. Качи начинается с морфометрического описания бассейна. По условиям формирования стока и с учетом существующей сети наблюдений бассейн реки Кача до г.Красноярска (1250 км2) делится на 2 района:

1) верхняя по течению часть бассейна (до п. Емельяново);

2) средняя и нижняя части бассейна до (г. Красноярска ) В верхней части бассейна р. Кача 81% площади занимает массивы темнохвойной и смешанной тайги. В среднем и нижнем течении преобладают лесостепные и степные ландшафты. В целом в бассейне р. Кача – г. Красноярск наибольшая часть площади (51%) представлена степными ландшафтами, доля темнохвойной тайги составляет 36%, лиственных лесов – 13%, (табл. 7). В пределах бассейна выделены районы и высотные зоны, и на ПЭВМ с использованием электронной гипсометрической карты определены их площади. В горно-таежном бассейне р. Качи – пос. Емельяново (площадь водосбора F= 561 км2) выделены 5 высотных зон (на районы этот бассейн не делился).

Программа рассчитывает средние многолетние запасы воды в снежном покрове в каждой высотной зоне. «Модельные» значения снегозапасов уточняются с использованием построенной нами карты средних многолетних запасов воды в снежном покрове в центральной части бассейна р. Енисей (рис.1).

Таблица Распределение угодий в бассейне р. Кача Река-пункт Площадь Площадь темно- Площадь листвен- Площадь открыбассейна хвойной тайги ных и смешанных тых участков лесов («поле») км2 км2 % км2 % км2 % Кача – Емельяново 561 454 81 - - 107 Кача – Красноярск 1250 454 36 158 13 638 Оптимизация параметров модели нами проводилась по ежедневным данным наблюдений за 30 лет по бассейнам Кача - п. Емельяново (1973-2003) и Кача - г.Красноярск (1973-2003). Этот период включает годы с различной водностью (многоводные, маловодные и средние). Проверочные расчеты выполнялись по независимым данным наблюдений за последние 5 лет по бассейну р. Кача - п. Емельяново (20042008гг), и за 6 лет по бассейну Кача - г. Красноярск (2004-2009.гг.). Применение модели краткосрочного или среднесрочного прогноза ежедневных уровней воды считается эффективным, если средняя квадратичная ошибка прогноза (0) меньше среднего квадратичного отклонения предсказываемой величины за период заблаговременности прогноза (). Для оценки показателя точности методики прогноза используется критерий качества прогноза, равный отношению (0/), т.е. отношению средней квадратичной ошибки прогноза ежедневных уровней или расходов воды (0) к среднему квадратичному их отклонению за период заблаговременности прогноза (). Критерии качества, расчетов по модели для уровней и расходов воды приведены в таблицах 8 и 9.

Таблица Показатели точности модели прогноза расходов воды р. Кача.

Замыкающий Средняя квадратичная ошибка Среднее квадраствор прогноза, 0 тичное отклоне- Критерий качества 0 / ние, см 30 лет 5,6 лет 30 лет 5,6 лет Заблаговременность – 2 суток г. Красноярск 6,54 6,82 9.39 0,69 0,п. Емельяново 4.79 5,67 10.5 0,46 0,Заблаговременность –3 суток г.Красноярск 7,17 7.56 11.9 0,60 0,п. Емельяново 5.82 7,24 13.7 0,42 0,Заблаговременность –4 суток г.Красноярск 7,38 8.10 13,80,53 0,п. Емельяново 6.46 8,26 16,00,40 0,Согласно полученным результатам, модель отвечает хорошей и удовлетворительной оценке качества как по обучающей выборке (30 лет), так и по независимой (5 – 6 последних лет). В отдельном файле модель помещает результаты расчетов стока в каждой высотной зоне. Контролируется совпадение среднего многолетнего стока весеннего половодья, рассчитанного по модели и измеренного в пунктах наблюдений.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.