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 || 3 |

Ледовый режим воткинского водохранилища и методики его прогноза

-- [ Страница 2 ] --

где Sм, Sп, Sг – площади (м2) мелководной, прибрежной и глубоководной зон выделенного участка; hм, hп, hг – средние глубины (м) мелководной, прибреж­ной и глубоководной зон участка. Уменьшение Км свидетельствует об увеличении доли глубоководной зоны в пределах участка и наоборот.

На интенсивность охлаждения и сроки наступления явлений существенное влияние оказывает турбулентный теплообмен, величина которого зависит от разницы температур воды и воздуха, а также скорости ветра. Так, с увеличением этой разницы, равно как и с увеличением скорости ветра, продолжительность рассматриваемых периодов будет меньше. Учет этого параметра возможен по формуле, предложенной В.Г. Калининым, Н.А. Трофимовым (1996), в виде климатического коэффициента:

Ккл = (tв – t) w, (2)

где tв и t – среднемноголетние значения за октябрь температур (оС) воды и воздуха; w – среднемноголетняя скорость ветра за октябрь (м/с).

Таким образом, продолжительность рассматриваемых периодов прямо пропорциональна изменению удельного теплозапаса и обратно пропорциональна величинам Км и Ккл (рис. 3). Поэтому совместное


влияние этих факторов можно представить в виде отношения q/Км·Ккл (рис. 3), которое впервые предложено В.Г. Калининым (1993) для условий Камского водохранилища.

Анализ выявленных на Воткинском водохранилище закономерностей (рис. 3) подтвердил правомерность использования подобного подхода. Для центральной и нижней частей водоема установлена зависимость продолжительности периодов То и Тлд от удельного теплозапаса q (рис. 3а). Учет влияния морфометрии в виде коэффициента Км улучшает связь (рис. 3б), а добавление коэффициента Ккл позволяет в совокупности определить влияние основных факторов на процессы ледообразования на водоеме (рис. 3в). Характерное расположение точек верхних участков на этих зависимостях отражает антропогенное воздействие постоянных сбросов более теплых вод Камской ГЭС, что приводит к увеличению исследуемых периодов То и Тлд.

3. Разработанная на основе метода Л.Г. Шуляковского методика краткосрочных прогнозов ледовых явлений на Воткинском водохранилище существенно упрощает выпуск прогнозов, не снижая их качества.

Условие ледообразования Л.Г. Шуляковским (1960) определено в виде неравенства:

(3)

где tn – средняя в сечении или по глубине температура воды в момент начала ледообра­зования, n – коэффициент теплоотдачи в момент начала ледообра­зования, Вn – результирующая (на водной поверхности) тепловых потоков в момент начала ледообра­зования.

, (4)

где t0 – начальная температура воды, °С; n – число суток от начала расчета, сут; h – средняя глубина расчетного участка, м; с – теплоемкость воды, Дж/см3град; – плотность воды, гр/см3; q – приход тепла от ложа, с подземными водами и вследствие диссипации энергии, Дж/см2сут; I’0 – удельный тепловой поток солнечной радиации, поглощаемый водой, Дж/см2сут; – коэффициент теплоотдачи (коэффициент подачи тепла из водной массы к поверхности раздела вода-воздух), Дж/см2сут град; tвозд – температура воздуха, °С; d – удельный теплообмен при температуре воздуха, равной температуре поверхности воды, Дж/см2сут; k – коэффициент теплообмена, Дж/см2сут град.

Анализ формул, предложенных Л.Г. Шуляковским, показал, что для расчета сроков появления льда учитываются практически все составляющие теплового баланса. В то же время большая часть составляющих расчетного уравнения (k, d, I’0, q) определяется с учетом осреднения по большим районам (Заволжье, Сибирь), что может существенно искажать реальное соотношение элементов баланса из-за неучета местных особенностей. Составление прогнозов в оперативном режиме выполняется с использованием прогноза метеоэлементов (среднесуточные величины температуры воздуха, скорости ветра и облачности) на 4 суток. Это, в свою очередь, также увеличивает вероятную ошибку прогноза появления ледовых явлений. В связи с этим предлагается методика прогноза ледовых явлений, позволяющая уточнить и упростить вычисления путем учета местных гидрометеорологических условий и исключения отдельных составляющих баланса, роль которых не велика.

Методика прогноза разработана для четвертого (мелководного) участка Воткинского водохранилища, где раньше всего появляются ледовые явления, лимитирующие сроки окончания навигации. Анализ вклада каждой составляющей теплового баланса в уравнении (4) показал, что на долю удельного теплового потока солнечной радиации, поглощаемой водой (I’0) приходится менее 3%, при этом погрешность его определения сопоставима с самим значением I’0. Поэтому эта величина была исключена. Другие параметры (d, k, q, ), определяемые по методу Л.Г. Шуляковского приближенно, заменены эмпирическими коэффициентами, учитывающими местные условия процессов теплообмена для рассматриваемого участка водохранилища. Их расчет выполнен за многолетний период (1964-1995 гг.) по фактическим гидрометеорологическим материалам наблюдений. За каждый год на фактическую дату появления ледовых явлений были определены значения d, k, q, и подставлены в формулу (4). Для выражений и вычислены эмпирические коэффициенты (их среднемноголетние значения), которые составили, соответственно, 0,069 и 1,54. В результате получена формула (5), включающая два исходных параметра. Один из них отражает запас тепла в водоеме на день составления прогноза (температура воды), а другой (температура воздуха) – воздействие внешней среды. Заблаговременность прогнозов, выпускаемых по данной методике, зависит от прогноза температуры воздуха и составляет 5 суток.

, (5)

где t0 – температура воды на день составления прогноза, оС; tвозд – температура воздуха по прогнозу, оС.

Проверочные прогнозы, выполненные для условий центральной части Воткинского водохранилища, имеют оправдываемость более 90%. Предложенный подход к разработке методики был апробирован для верхнего участка Камского водохранилища за период 1956-1995 гг. и получен аналогичный результат. Это позволяет рекомендовать ее для составления краткосрочных прогнозов ледовых явлений на камских водохранилищах.

4. Тесные корреляционные зависимости сроков наступления ледовых фаз от основных определяющих факторов могут явиться основой для разработки методик краткосрочного прогноза ледовых явлений.

Для получения методик прогноза с бльшей, чем у детерминированных методов заблаговременностью, выполнен корреляционный анализ зависимостей сроков наступления ледовых фаз и нарастания толщины льда на Воткинском водохранилище от определяющих факторов для каждого водпоста за период с 1964 по 1995 гг.

Для прогноза сроков появления ледовых явлений и установления ледостава исследованы зависимости с суммами отрицательных температур воздуха, интенсивностью похолодания, удельным теплозапасом и рядом других факторов. Наиболее тесные из них, которые могут быть использованы для составления краткосрочных прогнозов ледовых явлений, получены с датами перехода температуры воздуха через 0°С, датами перехода температуры воды и почвы через 5оС, 3оС, 2оС и датами появления ледовых явлений на посту, где ледовые явления наблюдаются в самые ранние сроки (табл. 2). Эмпирические зависимости, установленные как для сроков появления ледовых явлений, так и для сроков установления ледостава, по разным постам имеют среднюю заблаговременность 6-15 сут.

Добавление третьей переменной, в качестве которой использованы величины удельного теплозапаса на дату перехода температуры воздуха через 0оС, суммы отрицательных температур, интенсивность похолодания за 3-5 дней, не дало значимого уточнения. Кроме того, при добавлении еще одного фактора автоматически добавляются ошибки, полученные самой третьей переменной, которые могут «нивелировать» возможные уточнения зависимостей.

Корреляционные зависимости средней и наименьшей толщины льда на поперечных профилях установлены с суммой отрицательных температур воздуха (табл. 3). Ввод в расчет высоты и плотности снежного покрова на льду не дал существенного уточнения. Ввиду того, что точный расчет этих величин на несколько дней вперед сложен и

Таблица 2

Характеристика зависимостей для расчета сроков появления устойчивых ледовых явлений на Воткинском водохранилище за период 1964-95 гг.

Название водпоста r , сут Р, % Уравнение
Зависимости сроков появления устойчивых ледовых явлений от:
даты перехода температуры воздуха через 0оС, (D0оС)
Чайковский 0,75 15 91 Dл.я.=0,96·D0оС +19,78
даты перехода температуры воды через 3оС, (D3оС)
Оханск 0,80 11 70 Dл.я.=0,95·D3оС+13,69
Чайковский 0,79 10 70 Dл.я.=0,89·D3оС+16,78
даты перехода температуры воды через 2оС по водпосту Елово, (D2оС)
Оханск 0,77 8 65 Dл.я.=0,90·D2оС+14,92
Чайковский 0,87 10 85 Dл.я.=1,11·D2оС+ 2,75
даты появления ледовых явлений на водпосту Елово, (DЕлово)
Чайковский 0,94 6 75 Dл.я.=0,90·DЕлово+12,53
даты перехода температуры почвы через 2оС на глубине 20 см, (D2о_20см)
Оханск 0,81 15 85 Dл.я.=0,95·D2о_20см + 19,05
Чайковский 0,74 15 70 Dл.я.=0,98·D2оС_20см+ 18,21
даты перехода температуры почвы через 3оС на глубине 40 см, (D3оС_ 40см)
Оханск 0,75 13 80 Dл.я.=0,94·D3оС_ 40см + 16,58
Чайковский 0,76 13 65 Dл.
я.=1,03·D3оС_ 40см + 11,90
даты перехода температуры почвы через 5оС на глубине 80 см, (D5оС_80см)
Оханск 0,70 13 75 Dл.я.=0,85·D5оС_80см + 22,01
Чайковский 0,75 14 85 Dл.я.=0,97·D5оС_80см + 16,34

Примечание: r – коэффициент корреляции; – средняя заблаговременность, сут; Р – обеспеченность допустимой погрешности, %. При составлении прогнозов по уравнениям даты пересчитываются в числа от 1 сентября.

зависит от многих факторов (суммы осадков, скорости ветра и др.), прогностические зависимости устанавливались без их учета. Заблаговременность прогноза по этим зависимостям (табл. 3) определяется заблаговременностью прогноза среднесуточной температуры воздуха.

Вскрытие акватории Воткинского водохранилища определяется как тепловыми, так и механическими факторами. В качестве фактора, отражающего устойчивое поступление тепла, использована дата весеннего перехода температуры воздуха через 0оС по ближайшей к водомерному посту метеостанции. Корреляционные зависимости (табл. 4) получены для всех водпостов, кроме верхних участков (Пермь, Нижняя Курья, Краснокамск), поскольку на их вскрытие и очищение оказывают влияние постоянные попуски Камской ГЭС. Средняя заблаговременность таких зависимостей для разных постов составляет 14-21 сут. Оправдываемость проверочных прогнозов 97-100%.

Таблица 3

Характеристика зависимостей для расчета толщины льда на профилях Воткинского водохранилища за период 1964-95 гг.

Профиль Р, % Ошибка прогноза Уравнение
см %
для средней на профиле толщины льда
Оханск 0,88 0,46 88 4,7 11,4 hЛ = 1,51·t_
Горы 0,90 0,39 79 6,4 13,4 hЛ = 1,16·t_
Десятково 0,92 0,38 95 2,9 8,8 hЛ = 2,48·t_
Елово 0,90 0,32 86 6,1 12,0 hЛ = 1,38·t_
Бабка 0,83 0,46 79 6,3 12,7 hЛ = 3,31·t_
Чайковский 0,85 0,50 83 6,1 13,6 hЛ = 2,18·t_
для минимальной на профиле толщины льда
Оханск 0,85 0,71 82 5,4 16,7 hЛ = 0,77·t_
Горы 0,90 0,40 75 7,0 16,9 hЛ = 0,57·t_
Десятково 0,91 0,39 95 3,1 10,4 hЛ = 1,56·t_
Елово 0,88 0,41 81 6,3 14,5 hЛ = 0,97·t_
Бабка 0,82 0,48 72 7,2 16,0 hЛ = 2,07·t_
Чайковский 0,84 0,52 74 6,0 15,8 hЛ = 1,21·t_

Примечание: – корреляционное отношение; /– критерий качества методик прогноза; Р – обеспеченность допустимой погрешности, %; hЛ – толщина льда, см; t_ – сумма отрицательных среднесуточных температур воздуха, оС.

Зависимости дат вскрытия с датами начала интенсивного подъема уровня воды на реках бассейна Воткинского водохранилища дают возможность косвенно оценить тепловое воздействие на ледовый покров Воткинского водохранилища перед вскрытием. Начало такого подъема уровня воды весной в реках происходит за 5-10 дней до вскрытия при установившейся подаче воды с поверхности водосбора в речную сеть. На основе прогнозов притока воды к Камскому водохранилищу выполняется сработка как Камского, так и Воткинского водохранилищ, существенно увеличивающая проточность. В данном случае для установления прогностических зависимостей использованы материалы по водпостам (р. Вишера – в.п. Рябинино, р. Кама - в.п. Бондюг, р. Чусовая - в.п. Кын) с площадями водосбора более 10000 км2. Оправдываемость прогнозов по таким зависимостям составляет 75-88%, при средней заблаговременности 8-13 сут (табл. 4.)

Таблица 4

Характеристика зависимостей для расчета сроков вскрытия Воткинского

водохранилища за период 1965-96 гг.

Название водпоста , сут Р, % Уравнение
Зависимости сроков вскрытия (Dв) от:
даты перехода температуры воздуха через 0оС, (D0оС)
Оханск 0,84 14 81 Dв=23,76Ln(D0оС)-35,0
даты начала интенсивного подъема уровня воды на р.Вишера-в.п.Рябинино, (D1)
Горы 0,82 8 83 Dв=31,46Ln(D1)-65,85
Елово 0,75 9 75 Dв=32,26Ln(D1)-67,96
Бабка 0,82 8 75 Dв=35,88Ln(D1)-82,64
даты начала интенсивного подъема уровня воды на р. Кама – в.п. Бондюг, (D2)
Горы 0,75* 9 81 Dв=0,57D2+29,71
Елово 0,75* 9 75 Dв=0,65D2+26,37
Бабка 0,76* 9 78 Dв=0,70D2+23,73
даты начала интенсивного подъема уровня воды на р. Чусовая - в.п. Кын, (D3)
Горы 0,75 12 84 Dв=22,92Ln(D3)-30,1
Елово 0,77 13 81 Dв=31,30Ln(D3)-61,43
Бабка 0,79 12 88 Dв=31,44Ln(D3)-62,24


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.