WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

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

Все указанные материалы положены в основу расчетов ландшафтного стока методом оптимизации, который позволяет отыскать такие значения неизвестных параметров (МЛj), для которых некоторый критерий качества, характеризующий сходимость вычисленных и измеренных величин нормы годового стока, достигает экстремума (минимума) (табл. 5). Метод оптимиза ции широко применяется для определения параметров гидрологических моделей стока по наблюдениям на входе и выходе гидрологической системы.

Таблица Основные типы ландшафтов рек бассейна Верхней Оби и примерная (предварительная) величина стока с элементарных ландшафтов Типы ландшафтов Гляциаль- Предварино- тельные нивальные характеристики стока с элементарного ландшафта I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII Макси мальные 54 36 12 3 26 0.3 10 12 30 2 7 4.5 0.7 значения ландшафтного стока, л/скм Средние значения 36 24 6 2 18 0.2 7 8 20 1.5 4 3 0.5 ландшафтного стока, л/скм Минималь ные значе32 18 3 1 9 0.1 4 5 10 0.8 2 1.5 0.3 ния ландшафтного стока, л/скмСледуя А.И. Субботину (1973), А.Н. Антипову, В.Н. Федорову (2000) и другим авторам, зависимость модуля годового стока в замыкающем створе от ландшафтной структуры бассейна представим в виде:

n M = fij. (4) j M i n-В нашем случае входными величинами являются площади ландшафтных ареалов fij для бассейнов исследуемой территории; наблюдения на выхо Тундровые Тундрово-степные Альпийские /субальпийские Полупустынные Светлохвойные и лиственные леса Смешанные леса Темнохвойные/черневая тайга Болотные и болотно-лесные Лесостепные Степные и луговые Сухие степи Гляциальные ники) малые формы оледенения и снежКаменистые (могут включать также де – нормы модулей годового стока этих бассейнов Mj, искомые параметры – нормы модуля стока Мj для каждого СФК. За критерий качества m, характеризующий точность оптимизации, принят известный в гидрологических прогнозах показатель (формула 5):

S m =, (5) где S – средняя квадратичная ошибка расчетов годового стока по уравнению (2), – стандартное отклонение нормы годового стока по совокупности всех рассматриваемых рек.

Возможность получения наилучшего результата оптимизации ландшафтного стока зависит как от достигнутого уровня развития ландшафтного метода в целом, так и достигнутого уровня гидрологии ландшафтов. Качество решения конкретной задачи определяется точностью и детальностью применяемой ландшафтной карты и представительностью исходной выборки данных о речном стоке, которая должна быть не только большой по объему, но в которую также должны входить бассейны, представительные в отношении наборов СФК.

Оптимизационная программа для ПЭВМ применительно к решению нашей задачи составлена проф. Д.А. Бураковым. В ней реализован алгоритм Розенброка.

Средняя квадратичная ошибка (S) расчетов годового стока по уравнению (5) в нашем случае составила 2.060 л/скм2, среднее квадратичное отклонение среднего годового стока по всей совокупности пунктов наблюдений равно 8.230 л/скм2, критерий качества m = 0.250, что характеризует качество расчета как «хорошее».

Реки, на которых, в отдельных случаях выявлены заметные расхождения рассчитанных по формуле (5) и фактических модулей стока, встречаются во всех высотных зонах и представлены разными СФК в пределах их бассейнов. Но в основном они встречаются при значительной доле лесных комплексов, а также гляционивальных. Кроме того, завышение стока отмечается в бассейне р. Чуя – Чаган-Узун, где велика доля комплексов полупустынных и сухих степей.

Также более высокий рассчитанный сток отмечается в бассейнах р. Урсул – Онгудай, р. Сема – Топуча. Представляется, что завышенные расчетные значения на данных реках, возможно, связаны с наличием карста в пределах их бассейнов, оказывающих влияние в нашем случае на снижение величины стока.

Ошибки расчета определяются рядом причин. Например, используемая ландшафтная карта при ее масштабе 1:1600000 приводит в некоторых случаях к получению недостаточно точной информации о ландшафтной структуре, как бассейнов крупных рек, так и сравнительно набольших.

У первых – в случае значительной пестроты ландшафтов в их пределах, а у вторых – из-за малой площади бассейнов на карте.

Результаты исследования показывают, что стокоформирующая роль основных типов выделенных ландшафтов неодинакова (табл. 6). Наибольший вклад в формирование стока исследуемой территории вносят лесные комплексы. Но здесь проявляется достаточно большой диапазон возможных значений стока. Ведущая роль принадлежит темнохвойным лесам и черневой тайге. Эти ландшафтно-гидрологические комплексы занимает значительную площадь в низкогорной и среднегорной частях бассейна Верхней Оби. Следующими по величине стока идут смешанные леса, далее следуют светлохвойные и лиственные леса. Это те же высотные зоны, но они менее увлажнены, что определяет более низкие величины стока. Невелика доля лесных СФК в высокогорных бассейнах, где возрастает роль тундровых, тундрово-степных комплексов и альпийских лугов. В предгорной зоне со значительной долей комплексов лесостепей, степей с лугами и сухих степей, стокоформирующая роль лесов вторична, а ведущая – за приведенными СФК. По сравнению с лесами, сток с них более низкий. Невысокие значения стока наблюдаются для высокогорных тундрово-степных ландшафтов. Более высоки они для тундровых ландшафтов.

В бассейнах высокогорной зоны, наряду с тундрово-степными СФК, встречаются гляционивальные (с ледниками или без них). Даже незначительная доля этих СФК приводит к заметному увеличению стока. Также заметно высок сток СФК, представленных альпийскими и субальпийскими лугами, распространенными во влажных и холодных зонах со сниженными показателями испарения, каменистыми россыпями и фрагментами морены.

Низкий сток формируют СФК сухих межгорных котловин.

Степные ландшафты, чередующиеся с луговыми, отличаются более высоким увлажнением, чем сухостепные СФК.

Таблица Средний годовой модуль стока для СФК по результатам оптимизации Ландшафтный сток, л/скмГляциальнонивальные I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII 36.0 34.4 6.53 2.18 26.0 0.20 7.00 8.45 27.3 1.70 6.95 3.94 0.Поскольку каждой выделенной группе ландшафтов, представляющей ЛГК, соответствует определенная величина модуля ландшафтного стока, появляется возможность построения карты модулей стока на ландшафтной ос Тундровые Тундрово-степные /субальпийские Альпийские Полупустынные ные леса Светлохвойные и лиственСмешанный лес тайга Темнохвойные/черневая лесные Болотные и болотноЛесостепные Степные и луговые Сухие степи Гляциальные нения и снежники) малые формы оледевключать также Каменистые (могут нове. Карта позволяет оценить территориальное распределение стока с учетом различной роли выделенных СФК в стокоформировании.

Полученные результаты позволяют определять норму годового стока в бассейнах с известной ландшафтной структурой в случае полного отсутствия наблюдений за стоком воды, или при наличии данных за непродолжительный период наблюдений. В качестве примера приведены расчеты нормы модуля стока по формуле (4). Они сопоставлены с величинами стока, полученными по данным измерений для ряда рек Верхней Оби. Примеры расчетов приведены для независимых данных, не вошедших в обучающую выборку (72 речных бассейна). Они показали небольшие расхождения фактического и рассчитанного стока, что подтверждает возможность практического использования предлагаемой методики.

Выполненное исследование является одной из первых попыток реализации ландшафтного подхода для оценки годового стока в высокогорной местности, характеризуемой многообразием природных условий: рельефа, геологического строения, климата, большой пестротой распределения годового стока.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Ход водности по годам за период инструментальных наблюдений на реках Алтая в общих чертах совпадает, хотя в различных районах и высотных зонах заметны его отклонения, как по знаку, так и амплитуде изменений. Наиболее существенна асинхронность колебаний водности для ледниковых и неледниковых рек. На основе анализа хронологических графиков коэффициентов парной корреляции по скользящим n-летиям установлена общая закономерность, выраженная в снижении коэффициентов парной корреляции с конца 90-х до начала 2000-х годов, по сравнению с более ранними временными отрезками. Этот факт объясняется снижением амплитуды колебаний стока за последние двадцать–тридцать лет, а также со случайными флуктуациями выборочных данных.

2. Пространственная структура колебаний различных гидрологических характеристик на равнинных территориях бывшего СССР (России) многократно освещалась в технической литературе. Что же касается оценки пространственной изменчивости характеристик речного стока в горных районах, то эта область знаний практически не изучена. Исследования показали, что пространственная корреляционная функция, отражающая закономерность снижения коэффициента парной корреляции с увеличением расстояния (L, км) между центрами тяжести сравниваемых бассейнов, характеризуется значительным разбросом точек.

Он связан как со случайными ошибками расчета парной корреляции по коротким рядам наблюдений, так и с разнообразием соотношений типов водного питания (ледниковое, снеговое, дождевое, подземное), обусловленных различием ландшафтно-гидрологических условий.

3. Анализ показал, что корреляционные функции в горных районах следует строить раздельно для групп речных бассейнов, ранжированных по доминирующему типу водного питания. Коэффициенты парной корреляции годового стока могут выражаться уравнениями, куда, кроме удаления центров тяжести сравниваемых пар бассейнов (L, км), могут входить такие ландшафтные характеристики, как разница их средней высоты (Н), лесистости (fл) и др.

4. Изучение многолетнего хода годового стока позволило выявить основные его закономерности и построить карту районов синхронных колебаний водности. Для каждого района рекомендуются реки–аналоги с продолжительными рядами наблюдений, по которым установлены периоды полных циклов колебаний водности, учет которых позволяет выбрать репрезентативный период для расчета нормы годового стока рек с короткими рядами наблюдений. На основе результатов комплексного исследования пространственно-временных закономерностей многолетних колебаний годового стока, с учетом пространственной корреляции временных рядов и динамики цикличности, получены оценки нормы годового стока исследуемых рек при недостаточности данных наблюдений путем приведения временных рядов к многолетнему периоду с привлечением данных наблюдений пунктов-аналогов.

5. Проведена интеграция ландшафтов в СФК, выделено тринадцать основных стокоформирующих комплексов, различающихся по величине нормы годового стока. Величина стока с отдельных СФК в первом приближении определена по стоку в замыкающих створах рек с достаточно простой ландшафтной структурой их бассейнов. Кроме того, для предварительной оценки ландшафтного стока использованы результаты исследований А.Н. Антипова, В.Н.Федорова и О.В. Гагариновой по территории Восточной Сибири, а также результаты В.П. Галахова по ледниковым рекам Алтая.

6. Выполненные оптимизационные расчеты для выделенных СФК по материалам 72 водосборов показали, что стокоформирующая роль основных типов выделенных ландшафтов неодинакова. Наибольший вклад в формирование стока исследуемой территории вносят лесные комплексы. Но и здесь проявляется достаточно большой диапазон возможных значений стока. Ведущая роль принадлежит темнохвойным лесам и черневой тайге. Эти ландшафтно-гидрологические комплексы занимает значительную площадь в низкогорной и среднегорной частях бассейна Верхней Оби. Следующими по величине стока идут смешанные леса, далее следуют светлохвойные и лиственные леса. В бассейнах высокогорной зоны, наряду с тундровостепными СФК, встречаются гляционивальные (с ледниками или без них). Даже незначительная доля этих СФК приводит к заметному увеличению стока. Также заметно высок сток СФК, представленных альпийскими и субальпийскими лугами, распространенными во влажных и холодных зонах со сниженными показателями испаре ния, каменистыми россыпями и фрагментами морены. Низкий сток формируют СФК сухих межгорных котловин. Степные ландшафты, чередующиеся с луговыми, отличаются более высоким увлажнением, чем сухостепные СФК.

7. Каждая выделенная группа ландшафтов СФК характеризуется определенной величиной модуля ландшафтного стока, что позволяет построить карту модулей стока на ландшафтной основе карты Алтая (1982).

Представленные выделы основных стокоформирующих комплексов (СФК) заметно различаются по условиям формирования стока. Данная карта позволяет оценить территориальное распределение стока через ландшафтную структуру бассейна и определить годовой сток рек в случае полного отсутствия наблюдений или при наличии данных за непродолжительный период наблюдений.

Выполненное исследование является одной из первых попыток реализации ландшафтного подхода для оценки годового стока в высокогорной местности, характеризуемой многообразием условий рельефа, геологического строения, климата, большой пестротой распределения годового стока.

Список публикаций по теме диссертационной работы:

1. Влияние физико-географических факторов на водный режим рек бассейна Верхней Оби // Сборник научных работ студентов и молодых ученых. – Вып.2. – Новосибирск, 2000. – С.171–175.

2. Пространственно-временные особенности половодья рек Верхней Оби // Сборник научных работ студентов и молодых ученых. – Вып.3. – Новосибирск, 2001. – С.155–162.

3. Некоторые особенности стока рек бассейна Катуни в период половодья // Сборник научных работ студентов и молодых ученых. – Вып.4. – Новосибирск, 2002. – С.141–148.

4. Некоторые особенности формирования стока рек бассейна Бии в период половодья // Аспирантский сборник НГПУ – 2002 (по материалам научных исследований аспирантов, соискателей, докторантов); под. ред.

А.Ж. Жафярова. – Часть 1. – Новосибирск, 2002. – С.11–18.

5. Ландшафтная структура бассейна р. Бии // Сборник научных работ студентов и молодых ученых. – Вып.4. – Новосибирск, 2003. – С.126–134.

6. Зависимость величин парной корреляции годового стока от удаления центров тяжести бассейнов Верхней Оби // Сборник научных работ студентов и молодых ученых. – Вып.6. – Новосибирск: Изд-во ГЦРО, 2004. – С.202–206.

7. Зависимость величин парной корреляции годового стока от разницы лесистости бассейнов рек Верхней Оби//Сборник научных работ студентов и молодых ученых. Часть 2. – Вып.7. – Новосибирск, 2005. – С.42–50.

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.