авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Оценка характеристик речного стока в изменяющихся природно-хозяйственных условиях

-- [ Страница 3 ] --

Коэффициент множественной корреляции равен R=0,875 с интервалом 0,842-0,907. По проверочному массиву построены фактические и расчётные уровни воды у г. Тольятти (рис. 7). Анализ расчётов по проверочному массиву показывает, что данная методика дает относительно устойчивые результаты. Коэффициент корреляции между расчётным и фактическим значением равен 0,77.

Оценка изменения солености воды на акватории Таганрогского залива Азовского моря. Таганрогский залив представляет собой мелководный полузамкнутый водный объект (24,6 км3), сформированный на стыке двух крупных природных систем – реки Дон и Азовского моря. Протяженность вытянутого по длине залива составляет 140 км. Большую часть площади залива (около 75%) занимают глубины менее 3 м. В результате мелководности залива, а, следовательно, хорошего прогрева водной массы и малой солености воды в нём, Таганрогский залив является благоприятным местом обитания и размножения ценных пород рыб.

Соленость воды залива определяется как влиянием стока р. Дон, так и притока соленых вод из Азовского моря. Если сток Дона в течение года значительно изменяется лишь в весенне-летний период (март-июнь), оставаясь относительно устойчивым в остальные сезоны года, то морской приток зависит от ветровой активности. При нагонных ветрах юго-западного и западного направления морская вода поступает в залив, повышая соленость его вод. При сильных сгонных ветрах и при стоке р. Дон во время половодья опреснение вод распространяется до морской границы залива, а иногда выходит за его пределы. Дон обеспечивает около 70 % от общего речного стока в море, поэтому именно воды Дона оказывают наибольшее влияние на солевой состав вод Таганрогского залива.

Для оценки изменения солености воды на акватории Таганрогского залива Азовского моря реализован метод кубических сплайн-функций в сочетании с методом остаточных отклонений.

Для расчёта использованы среднемесячные данные наблюдений морских гидропостов (МГ) Таганрог и МГ Ейск за период с 1966 г. по 2000 г., характеризующие соответственно восточную и западную части залива и среднемесячные расходы воды р. Дон в замыкающем створе – ст-ца Раздорская.

Расчёт среднемесячной солености воды Таганрогского залива для МГ Ейск.

В качестве входных (независимых характеристик) выбраны следующие факторы: среднемесячный расход воды р. Дон за предшествующий месяц (Х1), температура воды (Х2), ветровой параметр, определяющий сгонно-нагонные явления залива (Х3), соленость воды предшествующего месяца, определяющая начальные условия (Х4). Среднемесячные расходы воды р. Дон выбраны с учетом времени добегания распресняющего влияния стока, которое для МГ Ейска равно двум месяцам.

В качестве выходной характеристики выступает соленость воды Таганрогского залива для МГ Ейск в текущем месяце ().

Расчёт осуществлялся по-шагово, начиная с наиболее значимой переменной определенной по коэффициенту парной линейной корреляции и коэффициенту автокорреляции.

Уравнение искомой зависимости будет иметь вид:

(7)

где f1(X4), f2(X1), f3(X3), f4(X2) – кубические сплайн-функции.

.

Переменная Х3, то есть ветровой параметр, определяющий сгонно-нагонные явления, взятый в интервале дискретности один месяц, для данного расчёта оказался статистически не значим.

По полученной зависимости на рис. 8 приведены фактические и расчётные значения среднемесячной солености воды Таганрогского залива для МГ Ейск.  Фактическая (1) и расчётная (2)-58

Рис.8. Фактическая (1) и расчётная (2) среднемесячная соленость воды

Таганрогского залива для МГ Ейск за период 1966 по 2000 гг.

Коэффициент корреляции между наблюденными и расчётными значениями равен 0,89 с доверительными интервалами 0,858 и 0,916. Точность полученных результатов неплохо согласуется с фактическими данными наблюдений по МГ Ейск (отклонение не превышает 25-30%). Полученное уравнение также проверено на независимом материале (ряд из 66 членов). Коэффициент корреляции между наблюденными и расчётными значениями оказался равным 0,86.

Полученные результаты сопоставили с расчётом по уравнению множественной линейной регрессии. Коэффициент корреляции уравнения, полученного традиционным методом, оказался равным 0,79. Таким образом, можно сделать вывод, что метод остаточных отклонений и метод сплайн-функций имеют преимущество перед традиционным методом множественной линейной регрессии.

Расчёт среднемесячной солености воды Таганрогского залива для МГ Таганрога выполнен аналогично предыдущему расчёту. Установлено, что соленость воды имеет наиболее тесную положительную корреляцию с соленостью воды предыдущего периода (R=0,78), отрицательную – с речным стоком р. Дон (R = -0,34). Ветровой параметр, определяющий сгонно-нагонные явления, взятый в интервале дискретности один месяц для данного расчёта оказался статистически не значим.

Фазу понижения солености воды, вызванную половодным стоком р. Дон, характеризует среднемесячная соленость июня (y). В качестве предикторов для уравнения множественной регрессии выбраны: суммарный сток р. Дон за половодье (Qпол) с учётом времени добегания распресняющего влияния стока, соленость воды, наблюдающаяся до влияния стока половодья (Sпол) (среднемесячная соленость марта для МГ Таганрог) и ветровой параметр (Vp).

Общее уравнение искомой зависимости солености воды для МГ Таганрога в июне

t - года будет иметь вид:

yt = 1,89 + 0,38 Sпол – 0,0006 Q пол + 0,0003 Vp (8)

Фактические и расчётные значения среднемесячной солености июня для МГ Таганрог представлены на рис. 9. Коэффициент множественной корреляции равен 0,74.

 Фактическая (1) и расчётная (2)-59

Рис. 9. Фактическая (1) и расчётная (2) среднемесячная соленость воды

для МГ Таганрог, июнь

В четвертой главе рассматривается метод построения условной и безусловной функции распределения (обеспеченности) речного стока и его минерализации с применением метода композиции. Композиционный метод даёт возможность учесть случайный характер факторов, определяющих минерализацию воды, и прогнозировать её на будущее с определенной вероятностью.

Теоретической основой метода композиции является обобщенный метод, разработанный С.Н. Крицким, М.Ф. Менкелем и А.Д. Саваренским.

Если водохранилище работает в нормальном режиме, то есть без сбросов и дефицита, уравнение водного баланса водохранилища имеет вид:

(x),,, (9)

где: и - соответственно конечное и начальное наполнение водохранилища;

- приток воды к водохранилищу; s – холостой сброс из водохранилища;

d – дефицит полезных отдач; - полезная водоотдача из водохранилища;

- потери воды из водохранилища (испарение + фильтрация);

- объём сточных вод поступающих в водохранилище при минерализации сточных вод ;

Для определения конечной минерализации воды в водохранилище () имеем зависимость:

, (10)

где - соответственно минерализации притока воды к водохранилищу, сточных вод и начального наполнения.

При постоянстве параметров , , , в расчётном отрезке времени Т минерализация воды водохранилища будет зависеть от начального наполнения, расчётного притока к водохранилищу и соответствующей им минерализации.

Абсциссы безусловной функции обеспеченности конечного наполнения водохранилища и минерализации воды в конце данного отрезка времени:

, (11)

, (12)

где:, - полная вероятность -го интервала соответственно конечного наполнения и минерализации конечного наполнения водохранилища.

Описанный метод применяется для определения минерализации воды в Кайраккумском водохранилище, расположенном на р. Сырдарье. Выбор объекта исследования объясняется тем, что данное водохранилище, расположенное в аридной зоне, испытывает нагрузку от сбросов высокоминерализованных возвратных вод, поступающих со значительных территорий орошаемого земель.

Расчёт минерализации воды Кайраккумского водохранилища основан на применении функций распределения вероятностей притока воды к водохранилищу, его начального наполнения, а также соответствующих минерализаций. При расчёте использовалась формула полной вероятности. Результаты расчёта получены в виде функций распределения вероятностей конечных наполнений водохранилища и их минерализаций.

Полезная ёмкость Кайраккумского водохранилища была разделена на семь групп (интервалов) наполнения – от =1,2 км3 до =3,8 км3. Для каждой группы определялось расчётное начальное наполнение как среднеарифметическое между верхней и нижней границами группы. Аналогично были выделены интервалы минерализации, первоначальные значения которой задавались. Расчёт осуществлялся по месячным интервалам времени. За начало расчётного периода был принят апрель – начало половодья.

Для каждого принятого начального наполнения водохранилища и его минерализации по уравнениям (9) и (10) были построены серии условных функций распределения вероятностей.

После построения условных функций распределения конечных наполнений водохранилища и соответствующих им минерализаций вычисляются ординаты безусловных функций распределения их вероятностей по формулам (11) и (12) (рис. 10, 11).

Полученные в результате расчёта функции являются обобщенными, учитывают вероятностную природу исходных факторов и позволяют переносить полученный результат на будущий период.

 Безусловные функции распределения-89

Рис. 10. Безусловные функции распределения вероятностей конечного наполнения Кайраккумского водохранилища, июнь

1 – с учётом ограничений по минерализации, 2 – без учёта ограничений

 Безусловные функции распределения-90

Рис. 11. Безусловные функции распределения вероятностей минерализации конечного наполнения Кайраккумского водохранилища, апрель-июнь (IV - VI).

Заключение

1. Анализ пространственно-временных закономерностей изменчивости характеристик речного стока Волги и Дона, особенно за последние 20-30 лет, показывает наличие статистически достоверных трендов в их динамике, обусловленных как изменением регионального климата, так и антропогенным воздействием на водные ресурсы. В связи с этим требуется усовершенствование методов анализа и оценки характеристик речного стока в изменяющихся природно-хозяйственных условиях.

2. Анализ многолетних колебаний годового стока р. Волги по степени однородности за период с 1881/82 по 1994/95 гг. показал наличие изменений в динамике годового стока, обусловленных как климатическими, так и антропогенными факторами. Анализируемый ряд годового стока р. Волги можно считать неоднородным с точки зрения математического ожидания и коэффициента корреляции между смежными членами ряда. Стационарность данного процесса имеет место лишь на тех отрезках исследуемого ряда, где преобладают климатические факторы над антропогенными. Для описания многолетних колебаний условно-естественного стока р. Волги принята модель авторегрессии первого и второго порядка.

3. При анализе многолетних колебаний годового стока р. Дон установлено, что исследуемый ряд условно-естественного стока является однородным с точки зрения среднего и дисперсии стока. Но анализируемый ряд фактического годового стока р. Дон, в отличие от условно-естественного ряда, в результате усиления антропогенного воздействия на сток приобретает черты нестационарности в части математического ожидания и дисперсии. Кроме того, для данного временного ряда можно констатировать приближение корреляции между стоком смежных лет к нулю. Для описания многолетних колебаний годового стока р. Дон предлагается использовать модель авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего (АРПСС).

4. Учитывая результаты проведенного анализа закономерностей многолетних колебаний годового стока рек Волги и Дона, предлагается при обосновании структурных и режимных параметров функционирования водохозяйственных систем речного бассейна опираться на характеристики речного стока, полученные для отдельных характерных периодов. В работе предлагаются практические приёмы учёта нестационарности временных рядов при оценке характеристик речного стока.

5. Проведенные исследования по оценке трансформации речного стока по длине реки на отдельных участках русла реки Волги показали перспективность использования метода кубических сплайнов и метода остаточных отклонений в имитационных моделях функционирования водохозяйственных систем речных бассейнов. Получены аналитические зависимости, описывающие трансформацию речного стока, как между узлами управления, так и в пределах водохранилищ применительно к водохозяйственной системе речного бассейна р. Волги. В частности, для Куйбышевского водохранилища построена зависимость, связывающая уровень воды в замыкающем створе с уровнями воды на входных створах по руслам рек Волги и Камы. Данная зависимость показала, что среднемесячный уровень воды на приплотинном участке водохранилища достаточно точно определяется средними уровнями воды на входных русловых участках рек Волги и Камы. Для участка р. Волги ниже Волгоградского гидроузла получены трансформированные гидрографы в характерных створах р. Волги – Чёрный Яр и Верхнее Лебяжье, определяющие рациональный водный режим Волго-Ахтубинской поймы в интересах рыбного и сельского хозяйства.

6. Предложена методика оценки изменения солености воды Таганрогского залива на основе кубических сплайн-функций и метода остаточных отклонений. Расчёт среднемесячной солености воды Таганрогского залива выполнен методом остаточных отклонений, который позволил оценить степень влияния на соленость воды каждого из определяющих её факторов. Установлено, что соленость воды имеет наиболее тесную положительную корреляцию с соленостью воды предыдущего месячного периода, отрицательную – с месячным речным стоком р. Дон и более слабую отрицательную корреляцию с температурой воды залива. Влияние стока р. Дон на соленость воды залива зависит от периода года: сток значим в период половодья, что более характерно для восточной части Таганрогского залива, расположенной вблизи устья р. Дон и теряет своё влияние в меженный период. Ветровой параметр, определяющий сгонно-нагонные явления, взятый в интервале дискретности один месяц для данного расчёта оказался статистически не значим. Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением расчётных и наблюденных данных.

8. Для описания изменения речного стока и его минерализации предложен метод композиции в сочетании с балансовым методом. Данный подход реализован для Кайраккумского водохранилища на р. Сырдарье. Построены условные и безусловные функции распределения вероятностей конечного наполнения водохранилища и его минерализации и соответственно установлена связь между минерализацией и водностью реки (притока к водохранилищу) и минерализацией и наполнением водохранилища.

9. Проведенные исследования показали уникальность пространственно-временной изменчивости характеристик речного стока как Волги, так и Дона. Залогом дальнейшего развития научных исследований по данному направлению и совершенствованию моделей водноресурсных систем речных бассейнов является обеспечение непрерывных рядов наблюдений по существующим постам и расширение наблюдательной сети на реках России.

Основное положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Account of transformation of a flood at movement it on the river bed on the basis of spline-functions. Proceedings of The 3rd International Iran and Russia Conference «Agriculture and Natural Resources». Moscow, 2002. P. 252. (В соавторстве).

2. Расчёт трансформации паводка при движении его по руслу реки на основе сплайн-функций. //Проблемы научного обеспечения развития эколого-экономического потенциала России. Сборник научных трудов. М.: МГУП, 2004. С. 77-80.

3. Анализ многолетних колебаний годового стока р. Дон. //Природообустойство и рациональное природопользование – необходимые условия социально – экономического развития России. Сборник научных трудов. Часть 1. - М.: МГУП, 2005. С. 131-135. (В соавторстве).

4. Применение композиционного метода для определения минерализации воды водохранилища. //Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем». Часть II. – М.: МГУП, 2006. С. 133-138.

5. Вероятностный расчёт минерализации воды при регулировании стока водохранилищем // Мелиорация и водное хозяйство, 2006. №5. С. 56-58.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.