Введение к работе
^0 ^ (
Актуальность темы.
Речной сток представляет собой, с одной стороны, элемент режима рек, а с другой - является одним из основных видов водных ресурсов. При изучении закономерностей вод суши, планировании и контроле использования водных ресурсов, возникает необходимость усовершенствования методов и повышения точности учета речного стока. До настоящего времени основным документом, регламентирующим порядок и методику гидрометрического учета стока остается: "Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, выпуск 6, часть III", подготовленное еще в 1958 году. В нем рассматривается более 20 способов учета стока, которые в большинстве своем ориентированы на ручную обработку результатов наблюдений и измерений с использованием сложных графических построений и схем, часто весьма противоречивых и не свободных от элементов субъективизма,. Эти приемы и методы учета стока трудно поддаются формализации и аналитическому представлению, что затрудняет их реализацию в современных компьютерных технологиях. В действующих наставлениях и руководствах недостаточно исследуется или вовсе игнорируется задача оценки точности и достоверности результатов изучения гидрологического режима и данных о водных ресурсах речных бассейнов и регионов.
Цель и задачи исследования.
Цель исследований заключалась в разработке моделей
гидрометрического учета стока на последовательной гидравлико-статистической основе, которые поддавались бы представлению в виде математических алгоритмов и реализации в компьютерных технологиях, а также позволяли бы получить зависимсизд_^щоценки погрешностей расчетных данных.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
-
Проанализировать предшествующий опыт развития методических основ гидрометрического учета стока у нас в стране и за рубежом.
-
Создать единую методологическую основу режимного и оперативного учета стока для устранения существующего разрыва в практике их ведения.
-
Разработать модели гидрометрического учета стока, отражающие как частоту и точность измерений расходов воды, так и комплекс факторов, влияющих на пропускную способность речных русел.
4. Представить основные модели гидрометрического учета стока в виде
алгоритмов, пригодных для реализации в компьютерных технологиях
5 Получить зависимости для объективного контроля и оценок погрешностей вычисления ежедневных расходов воды (ЕРВ).
Методика исследований и исходный материал.
В качестве методической основы использованы предшествующие исследования и последующие разработки лаборатории гидрометрии ГТИ по оперативному и режимному учету стока (Карасев И.Ф.,Скородумов Д.Е., Коплан-Дикс СИ., Шестакова Р.А., Савельева А.В., Сибирякова НК., Попова Л.А.). При решении поставленных задач использовались методы линейного регрессионного анализа (Дж.Себер) и анализа временных рядов и процессов (М.Дж.Кендэл, А Стьюарт, И.И.Поляк). Расчеты для проверки эффективности разрабатываемых моделей и алгоритмов проводилась по программам, написанным автором на языках: фортран, турбо-паскаль, delphi; графические построения выполнены в программной среде «Excel».
Для проведения численных экспериментов использовались данные наблюдений и измерений на гидрологической сети Росгидромета и гидрометрических экспедиций ГГИ на реках Закавказья и Средней Азии.
Научная новизна и практическая значимость.
По сравнению с исследованиями, выполненными ранее, в настоящей работе получены принципиально новые результаты, а именно:
предложен новый метод аппроксимации кривой расходов и зависимостей элементов расхода (площади поперечного сечения и средней скорости течения) от уровня воды с заданием ограничивающих условий применительно к фазам водного режима;
обоснована методика определения тесноты связи расходов с уровнями воды и предложены критерии для оценки ее однозначности.
- впервые реализованы алгоритмы представления изменений
пропускной способности русла при неоднозначных связях расходов и уровней воды в виде случайных временных рядов относительных отклонений измеренных расходов воды от уравнений регрессии расходов по уровням воды, на которые распространены методы анализа и аппроксимации случайных функций, в том числе методы интерполяции с использованием фильтров для сглаживания случайных погрешностей измерений;
разработана не имеющая прецедентов универсальная система гидрометрического учета стока при неоднозначных связях расходов и уровней воды, основанная на корреляционно-гидравлических методах интерпретации измеренных расходов воды (ИРВ), что обеспечивает реализацию компьютерной технологии ведения государственного водного кадастра;
предложены применительно ко всем ачгоритмам расчетные зависимости для оценки погрешностей гидрометрического учета стока;
выполнена адаптация разработанных моделей и алгоритмов учета стока для варианта оперативного учета стока, в том числе в наиболее сложных случаях в легко-деформирующихся руслах с использованием метода оптимальной экстраполяции отклонений ИРВ от многолетней связи расходов от уровней воды; получены зависимости для оценки погрешностей получаемых при этом результатов;
Разработанные модели учета стока построены на единой гидравлико-статистической основе и представлены в виде алгоритмов, готовых для реализации в компьютерных технологиях По точности они не уступают
традиционным методикам учета стока и, в большинстве случаев, позволяют повысить надежность получаемых расчетных данных. Разработанные модели и алгоритмы предназначены для применения в автоматизированных технологиях обработки гидрологической информации по рекам и каналам в рамках ведения Государственного водного кадастра. Апробация работы.
Эффективность использования предлагаемых алгоритмов и моделей проверена по материалам наблюдений в 60 гидрометрических створах с площадью водосбора от 65 до 2950000 км , на реках, протекающих в различных физико-географических условиях. Материалы диссертации использованы при подготовке "Методических рекомендаций по оперативному учету стока рек с интенсивными деформациями русел (на примере р.Амударьи)" ( опытное внедрение - в Туркменском УГМС, 1985 г.) а также "Методических рекомендаций по учету и увязке стока рек с периодическими деформациями русла (на примере р.Куры)", 1988г. Оперативно-прогностическая модель учета стока в нижнем течении Дона принята к использованию в Северо-Кавказском УГМС. Результаты работы неоднократно докладывались на Ученом совете ГГИ, на различных конференциях и совещаниях. Основные материалы диссертации изложены в 10 публикациях.
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы из 118 наименований, двух приложений, 32 таблиц, 43 рисунков. Общий объем работы составляет 184 страницы.
