Материал: verhvolga

-в зависимости от периода наблюдений исходного ряда и расчетной обеспеченности отбираются годы соответствующей группы водности;

-по этой группе лет рассчитываются средние месячные значения объемов стока и выражаются в долях (или процентах) от среднегодового объема стока для данной группы.

Полученные значения принимаются в качестве модели относительного внутригодового распределения стока;

- расчетное распределение стока вычисляют путем умножения месячных долей стока на годовой объем стока расчетной вероятности превышения, определяемый по аналитической кривой обеспеченности.

При использовании метода «реального года» формируется три ряда, состоящих из ежегодных объемов стока за водохозяйственный год, лимитирующий период и лимитирующий сезон. При необходимости формируется четвертый ряд – из объемов стока за лимитирующий месяц (ЛМ). Дальнейший расчет производится в следующем порядке:

-каждый из полученных рядов ранжируется и для каждого члена ранжированного ряда определяется его эмпирическая обеспеченность;

-для каждого из рядов в соответствии с их длительностью и в зависимости от расчетной обеспеченности отбираются годы соответствующей группы водности;

-выбирается реальный водохозяйственный год, для которого эмпирические обеспеченности объемов стока за ВГ, ЛП, ЛС и ЛМ наиболее близки к расчетной обеспеченности. Для объективного выбора такого года используется следующий критерий:

где Pрасч – расчетная вероятность превышения, принимаемая одинаковой для всех расчетных интервалов времени; Pвг, Pлп, Pлс, Pлм – значения вероятностей превышения стока за выбранный водохозяйственный год, его лимитирующий период, лимитирующий сезон и лимитирующий месяц; Pj – суммарное отклонение, которое определяют для каждого из исследуемых водохозяйственных лет, вошедших в расчетную группу водности.

В качестве расчетного года принимают тот водохозяйственный год, для которого по формуле

(3.3) получено наименьшее значение Pj.

Месячные объемы стока расчетного водохозяйственного года выражаются в долях (или процентах) от объема годового стока и принимаются в качестве модели относительного внутригодового распределения стока.

Расчетное распределение стока вычисляют путем умножения полученных месячных долей стока на годовой объем стока расчетной вероятности превышения, определяемый по аналитической кривой обеспеченности.

66

Выполненный ранее в ФГБУ «ГГИ» анализ многолетних колебаний месячного стока рек бассейна реки Волги позволил установить, что начиная со второй половины 1970-х годов – начала

1980-х годов существенно повысился сток в меженные (особенно зимние) месяцы. Причиной этого являются происходящие в бассейне климатические изменения. В связи с этим расчеты внутригодового стока были выполнены по вариантам:

а) внутригодовое распределение стока и статистические параметры сезонного стока определялось по данным за весь период наблюдений.

Использование всей имеющейся гидрологической информации при определении расчетного внутригодового распределения стока для водохозяйственного и строительного проектирования обеспечивает «запас прочности», поскольку он включает все наблюденные ранее распределения водности внутри года, определяемые конкретными погодными условиями, которые могут повториться в будущем;

б) внутригодовое распределение стока и статистические параметры сезонного стока определялось по данным наблюдений за период 1946–2010 гг., в течение которого производились наблюдения по большинству гидрологических постов принятых для расчетов;

в) расчеты внутригодового распределения и статистические параметры сезонного стока определялись по данным наблюдений за периоды 1946–1977 гг. и 1978–2010 гг., учитывая, что на большинстве рек рассматриваемого бассейна резкие изменения в динамике месячного стока произошли с конца 1970-х годов. Полученные расчетные значения характеризуют внутригодовое распределение стока, соответствующее современным климатическим условиям. Для сравнения с предыдущим периодом приводятся данные по внутригодовому распределению стока за 1946–

1977 гг.

В данном справочнике также выполнены расчеты и анализ коэффициента естественной зарегулированности стока (φ), который является важным комплексным параметром,

характеризующим особенности внутригодового распределения стока рек и его генезис. Он соответствует доле «базисного» стока в годовом объеме стока. Численно коэффициент равен отношению площади гидрографа, расположенной ниже ординаты среднегодового расхода

(базисный сток), к общей площади этого гидрографа (годовой сток).

3.7 Методика картирования расчетных параметров основных гидрологических характеристик

Пространственное обобщение расчетных параметров основных гидрологических характеристик проводилось с помощью метода гидрологического картографирования. Разработка карт параметров проводилась в несколько этапов:

выбор пунктов гидрологических наблюдений, данные которых использовались при построении карт параметров. Для построения карт отбирались водосборы средних рек с

67

площадью водосбора от 2000 до 50 000 км2. Расчетные параметры основных гидрологических характеристик определялись для более 700 водосборов на основе данных наблюдений за многолетний период (с начала наблюдений по 2010 г);

оконтуривание водосборов и расчет координат их центров тяжестей.

Для расчетов координат центров тяжестей водосборов каждый бассейн оконтуривался в геоинформационной системе (ГИС) в виде отдельного полигона по топографическим картам масштаба 1 : 100 000. Проверка точности построения контура проводилась путем сравнения площадей бассейнов, определенных с помощью ГИС и приведенных в справочниках гидрологической изученности и ОГХ. Средняя погрешность определения площади водосбора в ГИС по сравнению со площадями водосборов, приведенными в справочниках, составила менее

0,5 %. Расчет площади водосборов проводился с помощью уравнения (3.4). Перед вычислением площади слои карты переводились в равновеликую проекцию:

полигона, i – порядковый номер узла, n – общее количество узлов в полигоне.

Расчет координат центров тяжести водосбор проводился по уравнениям (3.5) и (3.6)

где Cx и Cy – долгота и широта центра тяжести водосбора;

привязка параметров, подлежащих картографированию, к соответствующих центрам тяжести водосборов;

анализ закономерностей пространственной изменчивости параметров, корректировка данных путем исключения выпадающих точек;

построение изолиний расчетных параметров основных гидрологических характеристик.

Пространственная интерполяция выполнялась сначала полуавтоматическим способом

(методом естественной окрестности [46; 47]), затем – вручную, с учетом особенностей распределения параметров в пределах конкретных природных зон. При построении карт учитывалось распространение карстовых пород, высотная поясность, а также закономерности пространственного распределения гидрологических величин по широте.

В результате работ был сформирован комплект карт, которые приводятся в соответствующих разделах справочника.

68

3.8 Уточнение параметров распределения гидрологических характеристик методом объединения данных наблюдений по группе постов

Уточнение параметров распределения гидрологических характеристик рекомендуется также методом объединения данных наблюдений по группе постов в пределах однородных в гидрологическом отношении районов. [4; 48–52].

В связи с недостаточностью гидрологической информации в современной гидрологической практике рекомендуется использовать приемы совместного анализа по группе рек с целью увеличения числа анализируемых данных.

Метод группирования данных с применением критерия оценки соотношения коэффициента асимметрии и коэффициента вариации с помощью методики совместного анализа рекомендован СП 33-101-2003 [4]. Основные идеи этого метода были разработаны С. Н. Крицким и М. Ф. Менкелем [48].

В основе совместного анализа лежат представления о том, что колебания стока по годам подчиняются определенным распределениям вероятностей, которые существенно не изменяются на протяжении периодов, для которых производятся расчеты, а также что колебания стока совместно исследуемых бассейнов статистически независимы хотя бы частично.

Случайные колебания гидрологических характеристик подчиняются вероятностным закономерностям, обнаруживая общие черты для географически близких бассейнов.

Различия между размерами, ландшафтом и климатом совместно исследуемых бассейнов сглаживаются путем приведения характеристик стока к единым условиям его формирования с помощью зависимостей, связывающих сток с морфометрическими, ландшафтными и климатическими факторами.

При анализе элементов режима, распределения вероятностей которых на разных объектах не вполне одинаковы (а это основной случай групповой оценки), требуется приведение характеристик стока к единым условиям его формирования. Приводке подвергаются параметры изучаемых характеристик стока – среднее, коэффициенты вариации и асимметрии или квантили

(величины определенных вероятностей превышения).

Простейшие приемы приводки заключаются обычно в переходе от расходов воды к модулям стока и последующей редукции, т. е. использовании зависимостей типа:

где q – модуль стока, F – площадь водосбора, m – числовой параметр, A – характеристика,

рассматриваемая как приведенная к единым условиям формирования стока.

Гидрологическая характеристика, приведенная к единым условиям формирования (модуль стока с единичной площади, коэффициент асимметрии, коэффициент автокорреляции неозерных

69

рек, квантиль заданной обеспеченности и т. д.) является случайной величиной, распределение которой в существенной мере определяется объемом независимой информации.

Это распределение, называемое выборочным распределением, носит сложный характер, но,

ввиду ограниченности периода наблюдений (выборки), в гидрологических расчетах ограничиваются использованием его двух параметров: среднего значения и среднеквадратического отклонения (рассеяние).

В качестве среднего значения в статистических выводах обычно принимается сама выборочная оценка исследуемого параметра (уже упоминавшийся приведенный модуль,

асимметрия и пр.). Эти оценки, характеризующие сток с отдельных бассейнов, содержат не устраненные приводкой различия в условиях его формирования и подчиняются некоторому распределению вероятностей.

Характеристики стока каждого из бассейнов рассматриваемой группы отличаются от характеристик других бассейнов по двум причинам. Первая из них – стохастический характер и неполная синхронность колебаний метеорологических факторов в каждом из бассейнов, даже если они климатически однородны. Этой причиной обусловлена случайная составляющая случ.. Вторая причина –- различие в ландшафтах и климате совместно исследуемых водосборов, обусловливает появление географической составляющей геогр. [4].

Полное рассеяние оценки полн., в силу независимости причин, определяется в виде:

Случайная составляющая рассеяния оценок вычисляется по теоретическим формулам или путем статистических испытаний как осредненная дисперсия оценок этих параметров по отдельным объектам.

Соотношение между случайной и географической составляющими определяет целесообразный состав коллектива объектов, обрабатываемых методом группового оценивания.

При увеличении числа совместно анализируемых объектов величина случайной ошибки среднего по ансамблю значения уменьшается. В противоположность этому географическая составляющая должна увеличиваться за счет вовлечения объектов, расположенных в пределах более обширной географической области, условия формирования стока которых, различаются более существенно.

Приемлемым следует считать состав ансамбля, в котором географическая составляющая не превосходит случайной:

Порядок выполнения группового анализа (с учетом пространственной скоррелированности данных наблюдений) проводится согласно [4; 5].

70