Материал: verhvolga
На рассматриваемой территории по бассейну Верхней Волги имеется 66 543 водотока общей длиной 257 789 км. Основная доля речной сети приходится на самые малые реки (длиной менее 25 км), количество которых составляет 99 % от общего числа и длина 72 % от суммарной длины всех водотоков (рисунок 2.5).
|
1% 1% |
|
|
|
|
|
|
5% |
2%2% |
|
менее 10 |
|
|
|
|
8% |
|
|
10-25 |
|
|
||
|
|
||
9% |
|
|
26-50 |
|
|
||
|
|
||
|
|
51-100 |
|
|
|
||
|
|
||
|
|
|
101-200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
53% |
|
201-300 |
|
|
||
|
|
||
|
|
|
301-500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
19% |
|
|
501-1000 |
|
|
||
|
|
||
|
|
|
более 1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2.5 – Количество водотоков по градациям длины рек (км) в бассейне Верхней Волги
Наблюдения над уровнем и расходами воды на реках бассейна Верхней Волги были начаты в
1876 году. Всего в бассейне действовало 777 постов, период наблюдений по которым колеблется от 1 года до 135 лет. Список постов с периодами наблюдений по каждой характеристике стока в рассматриваемом бассейне представлен в Приложении А.1. На рисунке 2.6 представлены данные по количеству гидрологических постов, работавших в 1900–2010 гг. Как следует из этих данных, в
1940-х годах в рассматриваемом бассейне действовало около 260 постов. В годы Великой Отечественной войны гидрометрическая сеть существенно сократилась, но уже в 1950-х годах она была восстановлена, и в бассейне работало 316 постов. Максимальное количество постов (388)
действовало в первой половине 1980-х годов, в 2010 г. работают 246 постов.
количество постов
450 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
350 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1920 |
1925 |
1930 |
1940 |
1950 |
1960 |
1970 |
1980 |
1990 |
2000 |
2010 |
|
|
|
|
|
года |
|
|
|
|
|
Рисунок 2.6 – Количество гидрологических постов, работавших с 1920 по 2010 год
56
Количество постов с продолжительностью наблюдений менее 30 лет составляет около 40 %,
а с продолжительность наблюдений более 50 лет примерно 31 % от их общего количества.
Семнадцать постов имеют продолжительность наблюдений более 130 лет (рисунок 2.7).
количество постов
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
700 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
130 |
|
|
|
количество лет работы постов |
|
|
|
|||||
Рисунок 2.7 – Количество гидрологических постов с различным периодом наблюдений
Распределение гидрологических постов по величине площадей водосборов представлено в
таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Распределение гидрологических постов по величине площадей водосборов в бассейне Верхней Волги
|
|
|
Площадь водосбора, км2 |
|
|
|
|||
Характеристика |
|
|
|
|
|
|
|
Всего |
|
<10 |
11–100 |
101–200 |
201–500 |
501–1000 |
1001– |
>200 000 |
|||
|
|
||||||||
|
20 000 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Число постов |
27 |
101 |
83 |
124 |
116 |
259 |
62 |
772 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
3 |
13 |
11 |
16 |
15 |
34 |
8 |
100 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.3 Основные гидрографические характеристики водосборов до гидрометрических створов
К основным гидрографическим характеристикам водосборов, влияющим на речной сток,
относятся площадь бассейна, гидрографическая длина водотока (расстояние от истока и от устья),
средняя высота водосбора, лесистость, заболоченность, озерность, доля урбанизированных территорий, распаханность и закарстованность. В настоящей работе для пунктов гидрологических наблюдений были уточнены актуальные значения заболоченности, лесистости, озерности и доли урбанизированных территорий.
Для определения озерности и доли урбанизированных территорий использовалась открытая карта Open Street Maps (OSM). OSM – свободно распространяемая база данных, предназначенная для создания электронной карты территории всей Земли.
57
Данные OSM представлены в формате электронной карты, включающей следующие базовые картографические слои: населенные пункты, дороги, административные границы, гидрографию,
болотные массивы, растительность. Получаемые из OSM карты двумерные, представленные в проекции Меркатора. В проект заложена функция автоматической генерализации карты в зависимости от используемого масштаба (до 1 : 2000). При расчете морфологических характеристик водосборов использовался наиболее крупный масштаб, доступный для данной территории.
Данные OSM получены и уточнены на основании космоснимков LANDSAT, PROTOTYPE GLOBAL SHORELINES (PGS), TIGER, IRS и др., треков, записанных GPS-устройствами, данных различных правительственных сайтов (таких как GeoBase, MassGIS, и др.).
Данные OSM не обеспечивают необходимой точности вычислений для ряда районов в связи с недостаточностью информации. В этом случае использовались цифровые топографические карты масштаба 1 : 200000. Определение лесистости водосборов проводилось на основе карты
GlobCover Land Cover Map. Результаты определения лесистости по данных GlobCover после сравнения с результатами расчетов по спутниковым снимкам LANDSAT для ряда малых водосборов оказались завышены в среднем на 4–6 %. Величины заболоченности определялись по топографической карте масштаба 1 : 1 000 000.
Для малых водосборов использование глобальных покрытий низкого разрешения сопряжено со значительными погрешностями. Вследствие этого определение лесистости, заболоченности,
озерности и доли урбанизированных территорий для малых водосборов площадью менее 500 км2,
относящимся к действующим гидрологическим постам, было проведено по спутниковым снимкам
LANDSAT, OrbView и др. Тематическое дешифрование снимков осуществлялось полуавтоматически, с ручным контролем результата.
Сведения о физико-географических характеристиках бассейна Верхней Волги до пунктов гидрологических наблюдений приводятся в Приложении А.2.
58
3 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
3.1 Определение расчетных гидрологических характеристик при наличии данных гидрометрических наблюдений
Определение расчетных гидрологических характеристик при наличии данных гидрометрических наблюдений, однородных по условиям формирования речного стока достаточной продолжительности, осуществляется по аналитическим функциям распределения ежегодных вероятностей (кривых обеспеченностей).
Расчеты параметров основных гидрологических характеристик (среднее значение,
коэффициенты вариации, асимметрии и автокорреляции) в пунктах гидрометрических наблюдений предусматривают:
-приведение данных наблюдений за стоком и их параметров к многолетнему периоду [4; 6];
-оценку однородности и стационарности данных наблюдений статистическими методами,
учитывающими специфику многолетних колебаний основных гидрологических характеристик
(асимметрию и автокорреляцию) [4; 8]; - расчет параметров распределения (среднего многолетнего значения, коэффициентов
вариации, асимметрии, автокорреляции).
Согласно официальному нормативному документу СП 33-101-2003 [4] в практике инженерно-гидрологических расчетов для сглаживания и экстраполяции эмпирических кривых распределения ежегодных вероятностей превышения (кривых обеспеченностей) применяются трехпараметрическое распределение Крицкого – Менкеля при любом соотношении коэффициентов асимметрии (Cs) к коэффициенту вариации (Cv), а также распределение Пирсона
III типа при Cs/Cv ≥ 2. При неоднородности рядов гидрометрических наблюдений (различные условия формирования стока) применяются составные или усеченные кривые распределения ежегодных вероятностей превышения.
Оценки параметров аналитических кривых распределения: среднее многолетнее значение Q ,
коэффициент вариации Сv и отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации
Cs/Cv, устанавливаются по рядам наблюдений за рассматриваемой гидрологической характеристикой методом приближенно наибольшего правдоподобия и методом моментов в соответствии с нормативными и рекомендательными документами [4; 5].
59
3.2 Однородность и стационарность многолетних рядов гидрологических
характеристик
В соответствии с [4; 8] необходимым условием объективной статистической обработки гидрологических рядов для получения расчетных значений стока является анализ однородности временных рядов.
При определении статистических параметров распределения гидрологических характеристик и их расчетных значений заданной обеспеченности предполагается однородность исходной информации. Временная однородность рядов может нарушаться в результате влияния хозяйственной деятельности или изменения климатических факторов.
Оценка однородности рядов гидрологических наблюдений осуществляется на основе генетического и статистического анализа исходных данных наблюдений. Генетический анализ заключается в выявлении физических причин, обуславливающих неоднородность исходных данных гидрологических наблюдений.
Под статистической однородностью понимается принадлежность элементов гидрологического ряда и их выборочных параметров распределения (среднее, дисперсия) к одной совокупности.
Статистическая проверка гипотезы однородности предусматривает установление уровня значимости – достаточно малого значения вероятности, которое характеризует практически невозможное событие.
Оценка однородности рядов наблюдений по критериям состоит в сравнении расчетного значения статистики критерия, полученной по эмпирическим данным, с ее критическим обобщенным значением из таблиц или номограмм при заданном уровне значимости, объеме выборки, коэффициентах автокорреляции и асимметрии. Уровень значимости обычно задается равным 5 %, что соответствует принятию нулевой гипотезы об однородности с вероятностью
95 %. Гипотеза однородности может быть принята в том случае, если расчетное значение статистики меньше соответствующего критического значения.
В настоящей работе использованы обобщенные значения классических критериев однородности Стьюдента и Фишера применительно к коррелированной во времени и пространстве и асимметричной гидрологической информации [8].
Оценка однородности или стационарности средних значений основных гидрологических характеристик осуществляется по критерию Стьюдента путем сравнения расчетных и критических значений статистик. Если расчетное значение критерия меньше критического при заданном уровне значимости, то гипотеза об однородности или стационарности не отклоняется.
60