ФГБУ «Государственный гидрологический институт» Санкт-Петербург, Россия Особенности расчета основных гидрологических характеристик в условиях их временной нестационарности
Многолетняя динамика гидрологических наблюдений показывает, что в последние годы происходят значимые изменения отдельных гидрологических характеристик как в сторону увеличения минимального стока, так и уменьшения максимальных значений стока весеннего половодья. Изменение условий формирования речного стока происходит как под влиянием хозяйственной деятельности на водосборах, так и изменения климатической составляющей. В качестве основной причины, влияющей на такие изменения, предполагается влияние на сток климатической составляющей. Возникает задача определения влияния глобального потепления на различные характеристики речного стока, и дальнейшее определение расчетных параметров по неоднородным рядам наблюдений. Формальное использование аналитических кривых распределения может привести в определенных случаях как к завышенным, так и к заниженным значениям стока редкой повторяемости (0, 1% до 10% для максимального стока, 75% до 97% для минимального стока).
Хронологические графики минимальных 30 -суточных летних расходов воды 10 8 р. Тебза - с. Борок р. Вогулка - пгт Шамары 8 6 4 м 3/с 6 2. 71 1. 62 2. 04 2 2 0 1955 40 1965 1975 1985 1995 0 1952 1200 2005 р. Самара - с. Новосергиевка 1000 18. 3 9. 55 1962 1972 1982 1992 2002 р. Алдан - г. Томмот 800 м 3/с 30 20 3. 31 4 600 466 403 400 10 200 0 1952 1962 1972 1982 1992 2002 0 1925 1945 1965 1985 2005
Хронологические графики минимальных 30 -суточных зимних расходов воды 160 40 р. Унжа–г. Макарьев 120 р. Ик–с. Нагайбаково 30 м 3/с 22. 2 67. 5 80 10. 9 20 31. 2 40 10 0 1897 40 1917 1937 1957 1977 0 1952 1997 6 р. Самара-с. Елшанка 1962 1972 1982 1992 2002 р. Воложба-д. Воложба 3. 61 30 20 4 10. 9 2 10 0 1952 2. 51 м 3/с 22. 2 1962 1972 1982 1992 2002 0 1952 1962 1972 1982 1992 2002
Многолетняя динамика максимальных расходов воды весеннего половодья
Необходимым условием объективной статистической обработки гидрологических рядов для получения расчетных значений стока является анализ стационарности временных рядов. При достаточном обосновании для оптимального определения расчетных гидрологических характеристик рекомендуется применение составных кривых обеспеченности, усеченных кривых обеспеченности, «суммы распределений» , которые наилучшим образом позволят описать нестационарные последовательности для расчетов. инженерно-гидрологических
При наличии неоднородности исходных данных гидрологических наблюдений, когда рассматриваемый ряд состоит из неоднородных элементов гидрологического режима, эмпирические и аналитические кривые распределения устанавливают отдельно для каждой однородной совокупности. Расчетная (суммарная) кривая распределения вероятностей, когда имеются две однородные совокупности, определяется по формуле P = (n 1 P 1+n 2 P 2 )/(n 1+n 2) % где n 1, n 2 - число членов однородных элементов в двух однородных совокупностях. Определяется доля (вес) каждой однородной совокупности в общем ряду наблюдений, и далее с учетом этих весов рассчитывается суммарная (составная) кривая распределения
Минимальный 30 -сут зимний сток р. Унжа - г. Макарьев 1978 -2010 1897 -1977 Значения стока обеспеченностью, % 70 75 80 90 95 Период наблюдений Средний Cv 1978 -2010 60. 4 0. 33 48. 5 46. 4 44. 2 38. 9 35. 2 1897 -2010 38. 9 0. 45 28. 9 27. 6 26. 2 22. 9 20. 4
Максимальные расходы весеннего половодья р. Угра-пгт Товарково 4000 м 3/с 3000 2000 1930 -2010 1000 0 1930 -2010 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 1978 -2010 Период наблюдений Средний Cv 1978 -2010 973 1897 -2010 1260 Значения стока обеспеченностью, % 0. 1 1 2 5 10 25 0. 4 2100 1840 1740 1590 1470 1240 0. 5 4060 3180 2880 2470 2120 1590
Совмещенный график колебания основных гидрологических характеристик стока р. Угра – пгт. Товарково
Таким образом: Анализ динамики многолетних изменений минимального 30 -суточного и суточного зимнего и летне-осеннего стока рек показал неоднозначную картину трендов этих характеристик на европейской и азиатской территориях России (изменение минимальных расходов воды незначительно, в пределах погрешностей расчетов). На европейской территории России отмечаются линейные восходящие тренды минимального стока рек за весь период наблюдений с заметным ростом минимальных расходов воды зимнего и летне-осеннего сезонов в период с 1975 годов до середины 90 -х - начала 2000 -х годов. При расчете значений минимального стока, обеспеченностью от 50 до 95 %, рассчитанных за последний период наблюдений, подверженный влиянию новой климатической составляющей, получаем завышенные значения стока, по сравнению с составной кривой обеспеченности. Для минимального 30 -суточного летнего стока относительные отклонения в среднем составляют 30% и для зимнего – 67%, суточного летнего стока – 42% и зимнего – 46%.
Анализ изменения максимальных расходов воды показал, что на ряде рек ЕТР происходит уменьшение максимального стока за последний период, вероятно, связанный с изменением климата. При расчете максимального стока обеспеченностью от 1 до 25% только по последнему периоду, подверженному влиянию новой климатической составляющей, имеем заниженные расчетные значения от 25 до 50 %. Годовой сток рек является более устойчивой гидрологической характеристикой, чем максимальный и минимальный сток. Изменение годового стока происходит в в рамках естественной изменчивости.
Встает вопрос, каким образом использовать в расчетах разнородную по условиям формирования (под влиянием изменения климата) информацию. Возможно, ли считать, что изменение гидрологических характеристик в результате влияния климата, привело к новому квазистационарному (однородному) режиму и в дальнейших расчетах пренебречь данными наблюдений за стоком за предыдущий период до влияния новой климатической составляющей, или же использовать в расчетах весь имеющийся период наблюдений. В настоящее время не существует убедительных доказательств того, что новая климатическая ситуация стабилизировалась и выбрать один из периодов наблюдений не представляется правомерным. При достаточном обосновании для оптимального определения расчетных гидрологических характеристик рекомендуется применение составных кривых обеспеченности, которые наилучшим образом позволят описать нестационарные последовательности для инженерно-гидрологических расчетов.
Благодарю за внимание
Скачать презентацию ФГБУ Государственный гидрологический институт Санкт-Петербург Россия Особенности расчета
особенности в условиях нестационарности.ppt