4485

Прогнози дат початку та проходження максимальних витрат води весняних водопіль на рівнинних річках

Лекция

География, геология и геодезия

Прогнози дат початку та проходження максимальних витрат води весняних водопіль на рівнинних річках 1 Фізичні передумови та практичні прийоми прогнозів строків водопілля для окремих водозборів На відміну від прогнозів характеристик водного режиму вес...

Украинкский

2012-11-21

193.5 KB

0 чел.

Прогнози дат початку та проходження максимальних витрат води весняних водопіль на рівнинних річках

1 Фізичні передумови та практичні прийоми прогнозів строків водопілля для окремих водозборів

На відміну від прогнозів характеристик водного режиму весняного водопілля, строки проходження водопіль практично не досліджувалися, а в оперативній практиці часто дається лише оцінка відхилення цих строків від їх середньобагаторічних дат на окремих річках.  

Строки проходження водопіль значною мірою пов’язані з розмірами водозборів, ступенем їхньої залісеності, заболоченості, озерності й для тієї чи іншої географічної зони визначаються кліматичними характеристиками [5]. У кожному конкретному році строки розвитку та інтенсивність водопіль цілком залежать від метеорологічних умов – наявності снігу на водозборах, часу початку сніготанення і температурного режиму повітря цього періоду. В останні роки несталі погодні умови зимового й весняного сезонів призвели до широкої варіації дат як початку водопілля, так і його максимальних витрат чи рівнів води – від дуже ранніх до досить пізніх строків зимово-весняного періоду.

Ще декілька десятиріч тому можливості прогнозів дат початку та проходження максимальних витрат або рівнів води розглядалися у зв’язку з методами прогнозів гідрографу стоку водопілля, які включали різні способи визначення дат проходження водопіль в залежності від строків переходу температури повітря до плюсових значень або строків розкриття річок від льоду, наприклад, при врахуванні попередніх атмосферних процесів.

В сучасній практиці гідрологічних прогнозів методи прогнозування дат початку та максимальних витрат води весною основані на встановленні індивідуальних кореляційних зв’язків цих дат зі строками сталого переходу температури повітря до плюсових значень весною [5]. Значні коливання погодних умов в період сніготанення, що особливо відчутно на великих водозборах з площею близько 200 тис.км2, призводять до послаблення залежностей такого виду для прогнозу дат проходження водопілля. Найбільш тісні залежності мають місце для невеликих річок степової і лісостепової зон. У багатьох випадках пряма, що виражає залежність, наприклад, для прогнозу дати максимальної витрати води має кутовий коефіцієнт В декілька менше одиниці

ДQмакс=ВД0o+A.                                                     (6.1)

Це свідчить про те, що при пізньому початку танення буде спостерігатися більш інтенсивне наростання тепла і дружне сніготанення, ніж при ранньому. Параметр А в залежності (6.1) виражає різницю у часі між строками переходу температури повітря через  0°С до позитивних показників і настанням явища, яке прогнозується. Так, для великих річок з площею водозбору близько 200 тис. км2 різниця в часі між строками переходу температури повітря через 0°С весною і настанням максимуму водопілля в середньому складає близько 30 сут [5].

На рис. 6.1 приведений приклад залежності дати настання максимального рівня водопілля від дати стійкого переходу середньої добової температури повітря через 0 °С.

Рис. 6.1 - Зв'язок дати настання максимального рівня   води весняного водопілля на р. Ворсклі у Полтави (ДНm) з датою стійкого переходу середньодобової температури повітря через 0 oC (Д0 оС)  на метеостанції Полтава

Але такі залежності як (6.1), навіть коли вони достатньо точні, дозволяють складати прогноз часу проходження піку водопілля лише на невеликих річках, особливо коли хвиля водопілля в основному формується у верхній частині басейну. Проте і в цих випадках завчасність прогнозу рідко перевищує 10-15 діб.

Довгостроковий прогноз строків початку весняного водопілля та настання його максимальних витрат води або максимальних рівнів, в загалі, зводиться до довгострокового прогнозу часу весняного танення снігу. На сучасному рівні розвитку метеорологічні прогнози великої завчасності поки не відповідають потребам гідрологічних прогнозів – ні відносно переліку метеорологічних елементів, ні відносно можливості прогнозів їх ходу у часі. З цієї причини довгострокові прогнози строків початку і настання максимуму водопілля також не відрізняється надійністю, тому практично реальнішими є прогнози малої завчасності [3].

2 Просторові методи прогнозів дат проходження весняного

водопілля  на основі аналізу циркуляції атмосфери

Просторові методи прогнозів дат початку та максимальних витрат (рівнів) води водопілля до сьогодні не достатньо розроблені. Методи таких прогнозів цілком визначаються довгостроковим синоптичним прогнозом, який в свою чергу можливий через визначення закономірностей атмосферної циркуляції, аналізу полів метеорологічних величин та характеристик баричної топографії. В Російському гідрометеорологічному центрі [24,36] запропонований метод фонового довгострокового та середньострокового прогнозу дат початку і максимальної витрати води в умовах проходження весняного водопілля, який використовує ідеологію довгострокового прогнозування льодових явищ на річках, широко розвинену та реалізовану в період з 60-70-х років минулого сторіччя.

В основу методів прогнозів як льодових явищ на річках, так і строків проходження весняного водопілля покладено аналіз загальних атмосферних процесів, їхня кількісна оцінка та встановлення комплексних зв`язків строків явища з різними індексами атмосферної циркуляції над значимими зонами Північної півкулі в зимові місяці, отриманими при розкладі метеорологічних полів по природних ортогональних складових.

Передумовою таких процесів є як однорідність атмосферних процесів на значних просторах протягом довготривалого часу (синоптичного сезону), в середині якого формується явище, так і закономірності розвитку (тенденції  зміни) цих процесів від сезону до сезону,  що дає можливість отримати прогноз погоди на один-два місяці наперед.

Розрахунок кількісних показників атмосферних процесів ведеться за синоптико-статистичними методами в межах характерних районів, де синоптичні процеси в попередні місяці виражають ранні чи пізні дати наступу весняних явищ на річках.

Так, наприклад, використання методу компонентного аналізу при прогнозуванні строків початку та максимальних витрат води весняного водопілля  в басейні Верхнього Дніпра показало позитивні результати [36]. В якості головних предикторів (прогнозаторів), визначаючих характеристики гідрологічних весняних процесів прийняті поля геопотенціалу Н500 і Н100  (січня або лютого) в Північній Атлантиці. Для більш південних гідрологічних станцій найбільш інформативні області поля Н500 (лютого) зміщені в західні райони Північної Америки, зокрема до Тихого Океану.

Таким чином, отримані  в компонентному аналізі характеристики баричного або термічного поля в характерних районах є значимими для конкретної річки і являються основним аргументом при отримані прогностичних залежностей для встановлення строків початку весняного водопілля і проходження його максимальних витрат води. Такі залежності чи рівняння встановлюються в [24,36] на основі методів багатомірної кореляції та регресивного аналізу, де очікувана величина (дата) представляється як відхилення дати наступу явища від норми, а в якості аргументу виступають коефіцієнти розкладу поля аномалій тиску чи температури повітря в значимому районі.

Слід відзначити, що використання синоптико-статистичних методів прогнозу строків гідрологічних явищ водопіль в оперативній практиці не завжди можливе у зв’язку з обмеженістю вихідної інформації про показники атмосферних процесів.

3 Територіальний метод прогнозу дат початку та настання

максимальних витрат води на основі метеорологічного прогнозу температури повітря

В Одеському державному екологічному університеті запропонований метод територіального прогнозу дат початку та проходження максимальних витрат (рівнів) води весняного водопілля, реалізований авторами [25-27] для рівнинних річок України.

Прогнозування дат початку весняного водопілля. Аналіз формування весняних водопіль за даними багаторічних спостережень показав, що початок водопіль на річках спостерігається після строків накопичення максимальних снігозапасів на водозборі з року в рік у різні дати. Цей період, який в основному дорівнює періоду водоутримуючої спроможності снігу, визначається температурними умовами розвитку весни, тобто їхньою інтенсивністю, а не суто максимальними запасами води в сніговому покриві (Sm), величина яких впливала б на строки початку водовіддачі снігу і появи поверхневого стоку. Цей висновок підтверджується й авторами 24].

Визначення дат початку водопілля можна здійснити за схемою:

                                            

  Дв =ДSm + tв,                                             (6.2)

де Д′в – очікувана дата початку весняного водопілля;

ДSm – дата утворення максимальних запасів води в сніговому покриві;

tв – очікувана тривалість періоду від дати ДSm до дати початку водопілля Д′в, д.

У зв’язку з цим були отримані залежності тривалості водоутримуючої спроможності снігу (tв), як періоду від дати утворення максимальних снігозапасів (ДSm) до дати початку водопілля (Дв), визначеного за виразом    

                                           

 tв = Дв - ДSm,                                               (6.3)

від середньої декадної температури повітря за першу після ДSm декаду (θ1,°С), враховуючи досвід [24].

Слід відзначити, що температура θ1,°С береться за даними метеостанцій, які розташовані близько до геометричних центрів тяжіння водозборів.

Залежності tв = ƒ(θ1) не досить тісні, але тенденція до зменшення числа днів tв при підвищенні температури θ1,°С чітко простежується. Такі зв’язки описуються рівняннями прямої

                 

                           tв = d1c1 θ1,                                              (6.4)

де d1 і c1 – емпіричні параметри.

Приклад залежності (6.4) для р. Случ – м.Сарни наведений на рис. 6.2.

Просторове узагальнення параметрів d1 і c1 для всієї рівнинної території України виконано у вигляді залежності цих параметрів від географічної широти центрів тяжіння водозборів (φ, в частках °півн.ш.), приведених до φ=50°півн.ш., тобто

                                             

 d1 = 0.43(φ – 50) + 7.72 ,                                    (6.5)

та

c1 = 0.16 (φ – 50) + 1.64 .                                    (6.6)


Рис. 6.2 – Залежність  для басейну р.Случ-м.Сарни

(температура повітря взята по метеостанції Шепетівка)

Таким чином, відповідно до (6.4) для визначення тривалості періоду від дати максимальних снігозапасів до початку водопілля tв отримане рівняння

tв = [0,43(φ – 50) + 7,72] – [0,16(φ – 50) + 1,64] * θ1.                      (6.7)

  

Дата складання прогнозу Д′в за схемою (6.2) відповідає даті накопичення максимальних снігозапасів (ДSm). Завчасність прогнозів дат початку водопілля визначається саме величиною tв, тобто дорівнює періоду від дати прогнозу ДSm до дати початку водопілля Дв.

Прогноз дат максимальних витрат води весняного водопілля. Дати проходження максимальних витрат води весняного водопілля (ДQm) відносно строків його початку визначаються інтенсивністю (“дружністю”) весняного сніготанення, кількістю та інтенсивністю опадів періоду танення снігу, швидкістю зростання і накопичення плюсових температур повітря та ін.

Дати проходження максимальних витрат води весняного водопілля визначаються за схемою

                                            Д′Qm = Дв + t'п,                                              (6.8)

 

де Д′Qm – очікувана дата максимальної витрати води водопілля;

Дв – дата початку весняного водопілля, яка може бути отримана за прогнозом по (6.2) або за фактичною спостереженою датою;

t'п – очікувана тривалість підйому весняного водопілля, д.

Виявлені залежності тривалості підйому водопілля (tп, д)

                                              tп = ДQm - Дв,                                               (6.9)

від середньої декадної температури повітря за першу після Дв декаду (θ2,°С).

Залежність tп = ƒ(θ2) також не дуже тісні, але tп зменшується при збільшені температури повітря. Такі зв’язки описуються рівняннями прямої 

                                    

 tп = d2c2 θ2  ,                                                                      (6.10)

де d2 і c2 – емпіричні параметри.

Приклад залежності (6.10) для р. Случ – м.Сарни наведений на рис. 6.3.

Рис. 6.3 – Залежність  для басейну р.Случ-м.Сарни

(температура повітря взята по метеостанції Шепетівка).   

 

Тривалість підйому водопілля tп визначається як періодом сніготанення, так і часом стікання води по схилах і руслах річок. Тому узагальнення параметрів d2 i c2 було здійснено в залежності як від географічної широти центрів тяжіння водозборів , яка визначає період сніготанення у зв’язку с температурними умовами на водозборах в період весни, так і від площ басейнів F, які визначають тривалість схилового та руслового добігання тало-дощових вод.

 Територіальне узагальнення параметра d2 виконано на основі встановлення його залежності від розмірів водозборів у вигляді

d2 = 3.45· exp0.42 · lg(F+1) ,                               (6.11)

де F- площа водозборів, км2.

Коефіцієнт c2 може бути представлений для рівнинної України у вигляді

c2 = 0.12 (φ – 50)1.75 ,                                        (6.12)

Відповідно до (6.10) для визначення тривалості періоду підйому водопілля tп отримано вираз

tп = {3.45· exp [0.42· lg(F+1)]}- [-0.12(φ – 50) +1.75]·θ2,          (6.13)

Дата складання прогнозу Д′Qm за схемою (6.8) можлива в фактично спостережену дату початку водопілля (Дв). За наявності прогнозу Д′в за схемою (6.2) і довгострокового прогнозу температур повітря (близько 1-2-х декад) схема прогнозу Д′′Qm наступна

                                             Д′′Qm = Д′в + t'п,                                           (6.14)

а дата його випуску буде відноситись до дати утворення максимальних снігозапасів ДSm. Очевидно, що при цьому завчасність прогнозу дещо збільшується, а точність прогнозу знижується.

4 Встановлення забезпеченості прогнозних дат водопілля

Актуальним є питання встановлення забезпеченості або ймовірності перевищення прогнозних дат початку та настання максимальних витрат чи рівнів води у багаторічному розрізі.

При наявності багаторічних рядів спостережень встановлення забезпеченості дат виконується шляхом побудови емпіричних кривих забезпеченостей цих дат (у вигляді кількості діб від 31.01 до дати настання явища).

Встановлення ймовірності здійснюється по прогнозній даті початку водопілля чи максимальної витрати води  по таких кривих.

 

5 Форма представлення прогнозів дат

     Найбільш наглядною формою просторового представлення прогнозу дат весняних водопіль є, безумовно, карти їх зміни по території.

       Побудова карт дат початку та проходження максимальної витрати води водопілля здійснюється на дату прогнозу таким чином: очікувані дати Д´в відносять до геометричних центрів тяжіння водозборів і проводяться ізолінії змін дат по території.

Крім того, аналогічним чином будуються карти ймовірності настання дат початку та проходження максимальних витрат води водопілля у багаторічному розрізі.

Прогнозні дати проходження максимальних витрат води Д´Qm не можуть бути картовані у зв’язку з їх залежністю від розмірів водозборів. Вони визначаються по даті початку водопілля і, отриманих по очікуваній температурі повітря і по регіональній залежності (6.13), а також тривалості підйому водопілля.

Для оцінки дат початку та максимальних витрат води весняного водопілля в поточному році відносно середніх багаторічних дат розраховують їх відхилення

,                                                 (6.15)

,                                            (6.16)

де  і  - відхилення очікуваних дат початку водопілля Дв і   максимальних витрат (рівнів) води  у поточному році від середніх багаторічних дат  і .

Запитання для самоперевірки

  1.  На яких принципах основані прогнози строків проходження весняних водопіль?
  2.  Практичні прийоми прогнозів строків проходження водопіль для окремих водозборів.
  3.  В чому полягають просторові методи прогнозів дат проходження весняного водопілля  на основі аналізу циркуляції атмосфери?
  4.  Які принципи прокладено в методику територіального  прогнозу дат початку та настання максимальних витрат води на основі метеорологічного прогнозу температури повітря?
  5.  Можливі форми представлення прогнозних дат проходження весняних водопіль. Оцінка методики прогнозу цих дат.
  6.  Як визначається завчасність та допустима похибка при прогнозуванні дат настання гідрологічних явищ?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19336. УПРАВЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА С ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКОЙ 181 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 13 УПРАВЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА С ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКОЙ Функции центрального устройства управления Устройство управления УУ вычислительной машины реализует функции управления ходом вычислительного процесса обеспечивая автоматическое выполнение ком
19337. АДРЕСАЦИЯ МК. СТРУКТУРА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПАМЯТИ 177.5 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 14 АДРЕСАЦИЯ МК. СТРУКТУРА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПАМЯТИ Адресация микрокоманд При выполнении микропрограммы адрес очередной микрокоманды относится к одной из трех категорий: определяется кодом операции команды; является следующим по порядку адресом;
19338. ОРГАНИЗАЦИЯ ВНУТРИМАШИННОГО ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ 177.5 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 15 ОРГАНИЗАЦИЯ ВНУТРИМАШИННОГО ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ. Совокупность трактов объединяющих между собой основные устройства ВМ центральный процессор память и модули ввода/вывода образует структуру взаимосвязей вычислительной машины. Структур...
19339. АРБИТРАЖ ШИН 163.5 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 16 АРБИТРАЖ ШИН В реальных системах на роль ведущего вправе одновременно претендовать сразу несколько из подключенных к шине устройств однако управлять шиной в каждый момент времени может только одно из них. Чтобы исключить конфликты шина должна предус...
19340. СИСТЕМА ВВОДА-ВЫВОДА 222.5 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 17 СИСТЕМА ВВОДАВЫВОДА Помимо центрального процессора ЦП и памяти третьим ключевым элементом архитектуры ВМ является система ввода/вывода СВВ. Система ввода/вывода призвана обеспечить обмен информацией между ядром ВМ и разнообразными внешними устройс...
19341. МОДУЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТИ 140.5 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 18 МОДУЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТИ Блочная организация основной памяти Емкость основной памяти современных ВМ слишком велика чтобы ее можно было реализовать на базе единственной интегральной микросхемы ИМС. Необходимость объединения нес...
19342. КЭШ-ПАМЯТЬ 159 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 19 КЭШПАМЯТЬ Кэшпамять Как уже отмечалось в качестве элементной базы основной памяти в большинстве ВМ служат микросхемы динамических ОЗУ на порядок уступающие по быстродействию центральному процессору. В результате процессор вынужден простаивать не
19343. АРХИТЕКТУРЫ С ПОЛНЫМ И СОКРАЩЁННЫМ НАБОРОМ КОМАНД 158.5 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 20 АРХИТЕКТУРЫ С ПОЛНЫМ И СОКРАЩЁННЫМ НАБОРОМ КОМАНД Современная технология программирования ориентирована на языки высокого уровня ЯВУ главная задача которых облегчить процесс написания программ. Более 90 всего процесса программирования осуществл...
19344. КОНВЕЙЕРНАЯ АРХИТЕКТУРА 146 KB
  АК ЛЕКЦИЯ № 21 КОНВЕЙЕРНАЯ АРХИТЕКТУРА Конвейерная обработка данных. Что необходимо для сложения двух вещественных чисел представленных в форме с плавающей запятой Целое множество мелких операций таких как сравнение порядков выравнивание порядков сложение ман