Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Пространственно-временные закономерности водного и ледового режима рек Казахстана Гальперин, Роберт Израилевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Гальперин, Роберт Израилевич. Пространственно-временные закономерности водного и ледового режима рек Казахстана : автореферат дис. ... доктора географических наук : 11.00.07.- Алматы, 1995.- 42 с.: ил.

Введение к работе

Актуальнії ость тем ы. Исследование пространственно-временных закономерностей водного режима рек - одна из наиболее сложных проблем гидрологии. Их раскрытие предопределяет различную интерпретацию гидрологической информации, принятие той или иной математической модели процесса стока. На их основе разрабатываются методы гидрологических расчетов и прогнозов. Учет таких закономерностей необходим при решении вопросов экономической целесообразности мероприятий, связанных с использованием водных рэсурсоз и конкретных водных объектов.

Работы Л. И. Афанасьева, П. П. Денисова, И.П.Дружинина, Г. П. Калинина, Т.П.Кочуковой, П.С.Кузина, Е.А.Леонова, А.В.Рождественского, Д.Я.Ратковича, В Л.Румянцева, В.А.Семенова, Н.П.Смирнова, И.В.Сомова, 3.А.Ыелутко я лр. внесли весомый вклад в раскрытие этих закономерностей в масштабах' планеты, континента, территории СНГ, хотя задача еще далека от разрешения. Казахстан в этих работах занимает, как правило, скромное место, отдельно вся его территория, с использованием максимума гидрометеорологической информации, нэ рассматривалась, а единичные локальные проработки ив проясняет общей картины. Еще хуяе в этом отношении изучены экстремальные характеристики. Работ, посвященных пространственно-временным колебаниям максимальных расходов и уровней воды, практически не было.

Две особенности -пространственно-временных колебаний стока на реках равнинного Казахстана - слабая пространственная связанность "і рекордная для континента временная изменчивость стока -предопределяют повышенную потребность в надежной и объемной гидрологической информации. По гидрологическая изученность равнинной территории Казахстана как раз явно недостаточная, а сокращение в последние годы гидрометрической сети с неизбежностью ведет к информационному дефициту на десятилетия. Отсюда вытекает необходимость обобщение накопленных данных и развития расчетных методов, в том числе при минимуме исходных материалов - по о»г.нь коротким рядам или даже по результатам полевого обследования водотока. Таких рекомендаций в СНиПе не содержится.

Та же особенность стока равнинных рек Казахстана - его исключительная неравномерность во времени, а отсюда, - очень высокие

половодья в многоводные годы - обусловливает особый интерес потребителя гидрометрической информации к экстремальным характеристикам, в частности, к максимальным уровням и расходам воды. На этих характеристиках основываются параметры проектируемых сооружений, мероприятия по зашлте территории от затопления, оценка экологического состояния пойменных участков и т.д. При всем этоу методика определения максимальных уровней воды фактически не разработана, а сложившаяся практика их оценки по равнообеспе-ченкым максимальным расходам воды далека от совершенства. Вообще по региму и распределению максимальных уровней, воды в реках, кроме изданных 2U-25 лет назад каталогов, обобщений не было. С тех пор по рассматриваемой территории не производилось и оценки влияния ледовых явлений на уровни воды в реках.

Таким образом, как выявление особенностей многолетних колебаний во, юго и ледового режима рек и их территориальной согласованности, так и практический аспект проблемы - разработка методики расчета соответствующих характеристик гидрологического режима рек - наиболее актуальные вопросы современной гидрологии и, в частности, в респус ,;ко Казахстан.

Цель и задачи работы. Цель работы - исследование территориальных и временных закономерностей колебаний характеристик водного и ледового реянма рек Казахстана (по <.шди-видуальным и групповым оценкам), включая максимальные уролш и расходы поды; разработка на это?/ основе методов расчета характеристик режим», в том числе по ограниченной информации и в условиях больших временных изменении стока.

Поставлены и решены следуювде научные и практические задачи.

\ Исследованид пространственной согласованности колебаний характеристик стока й уровней воды.

2. Выделение групп бассейнов со сходным многолетним ходом стока и исследование структуры рядов годового и максимального стока - по группоьыы и индивидуальным оценкам.

j. Исследование многолетних тенденций характеристик водного и ледового режима рек.

4 Выявление регулярной составлявшей многолетних колебаний.

  1. Анализ возможностей оценки характеристик годоеого и максимального стока по ограниченной информации в условиях больсой временной изменчивости водности равнинных рек.

  2. Анализ возможностей'упрощения рекомендуемой СНиПом системы расчета этих характеристик для условий горных рек.

  1. Ревизия методов расчета максимальных уровней равнинных рек.

  2. Расчет параметров распределения максимальных уровней воды в в реках, анализ их территориальных особенностей и закономерностей

Э. Разработка рекомендаций по расчету максимальных уровней воды в реках по минимальное полевой информации.

  1. Оценка влияния ледовых явлений на максимальные уровни воды в реках.

  2. Разработка приемов косвенной оценки теплопотока на границе вода-Еоздух и характеристик ледового режима рек.

  3. Исследование явления образования волн перемещения при замерзании и вскрытии водотоков; разработка расчетных зависимостей для определения наибольшей возможной величины этих волн.

Исходные данные и методика исследований. В основе работы - изданные кадастровые материалы по рекам Казахстана и сопредельных территорий России. Кроме того, использованы следующие данные.

3. Материалы полевых исследований кафедры гидрологии суии КазГУ по водотокам Павлодарской области, системы Тургая, бассейна Балхаша, на р. Урал. Ио. едовлния проводились в ранках хоздоговоров с Гипроводкозом СССР, Институтом географии НАН РК, Пав-лодармелиорацией.

  1. Экспедиционные и изыскательские материалы организаций: ГГИ, Союзгипрорис и др.

  2. Данные физического эксперимента на модели канала в САНКИРИ.

  3. Опубликованные метеорологические материалы.

  4. Архивные материалы и синоптические карты Казгидромета.

  5. Материалы климатических исследований КаэНИГМИ (каталог си-но-тических процессов, ежегодные данные по метеостанциям).

  6. Ежегодные обзоры опасных явлений погоды.

Применялись методы исследований: теоретический - на базе стационарных данных сети Гидромета и ведомств, экспедиционный, а также использовались результаты экспериментального метода - для моделирования процесса образования волн перемещения. При разработке отдельных аспектов темы использовались приемы статистической обработки и анализа исходной информации, выделения трендов и скрытой периодичности в рядах, корреляционного и регрессионного анализов, разложения последовательности гидрологических полей на ортогональные составляющие, теплового баланса, гидролого-гео-ра$ического районирования и типизации дллеяий, географической аналогии. Степень достоверности выборочных показателей подтзерж-

далась определением доверительных пределов и оценкой погрешности расчетов и методов.

Предмет защиты. На защиту выносятся результаты исследований пространственно-временного распределения характеристик бодного и ледового режима рек Казахстана, методика п результаты расчета этих характеристик, в том числе по ограниченной информации.

Научная о в и з н а. Основные научные результаты работы следующие.

Впервые на массовом материале и единой методической сснсзе рассмотрена пространственная связанность и территориальная согласованность многолетних колебаний характеристик водного режима рек по всему Казахстану - по индивидуальным и групповым оценкам. Показано, в частности, что преобладает тенденция к согласованности этих колебаний на всей территории, причем эта черта определяется, в основном, экстремальными годами, особенно маловодноки.

Исследована статистическая структура рядов (по отдельны;/ створам и группам бассейнов) годового и максимального стока по рекам всего Казахстана, выявлены внутрирядиые закономерности, многолетние тенденции;"' преобладающая система циклов. Показало, что в различные периоды характер многолетних колебаний существенно неодинаков, и статистические- свойства длинных рядов определяется теми.их фрагментами, когда они выражались наиболее четко.

Впервые выявлены пространственно-временные закономерности максимальных расходов а уровней воды ц параметров распределения последних для рек равнинной территории Казахстана.

Предложена принципиально новая методика определения расчетных максимальных уровней воды, разработаны территориальные схемы, аналитические зависимости, графики и номограммы для оценки, соответствуюищх параметров по ограниченной информации.

-" Рассмотрены вопросы определения расчетных характеристик годового и максимального стока рек по ограниченной информации в уповиях его большой временной изменчивости и слабой территориальной связанности; впервые показана различная информативность данных за маловодные и многоводные годы.

'- Получены характеристики максимальных уровней воды для'рек равнинного Казахстана, уточнены в сравнении с опубликованными величины годового и максимального стоха по рекам Павлодарской области, районов Центрального Казахстана, бассейна оз.Балхаш.

- Рассмотрена вопросы ледового режима рек и предложены униве-

реальные зависимости для упрощенного определения результирующего теплопотока на границе сред вода-воздух и характеристик ледового режима в период замерзания рэх от метеорологических показателей.

- Раскрыта природа колебании уровня воды при дискретном характере замерзания н вскрытия рек, разработана методика определения параметров образующихся волн перемещения.

П р а к т и ч о с к а я з н а ч и и о с т ь работы. В результате выполненной работы решена хозяйственная задача, связанная с усовершенствованием методов расчетов характеристик водного ренина рек, б ток числе по весьма ограниченной информации. Так, рекомендации по расчету максимальных уровней воды, годового и максимального стока по очень коротким рядам или данным полевого обследования рек находят применение в практике проект-по-нзыскательских работ (например, институты "Энергия", Каздор-проект, КазГНИЗ). Целесообразно их включение в СНиП.

Сведения о повторяемости высоких половодий к максимальных yposiielt воды могут бить использованы при разработке мероприятий по защите территорий от затопления, при решении вопросов, связанных с экологическим состоянием поименных участков.

Расчетные данные по величинам годового пли максимального стока рек Павлодарской области, бассейнов Тургая и Сорыоу, бассейна оз.Балхаш переданы заказчикам и учитываются в конкретном проектировании, при решении стратегических и текущих задач использования водных ресурсов или отдельных водных объектов.

Предложенные универсальные для Казахстана зависимости тепло-потерь с водной поверхности и характеристик ледового режима в период охлаждения от метеорологических показателей взамен сложных тешгобалансовых расчетов когут найти применение в конкретном проектировании и способствовать более шкрохоку внедрению теп. з-балаисового метода в практику проектных организаций.

Для конкретного проектирования важны практические вызовы с границах применения рекомендаций СНиПа для расчета стока с горных территорий (учет внутрирядной корреляции, смещенности рассчитанного коэффициента вариации, исправление восстановленных величин на смещение дисперсии, необходимая минимальная длина ряд;ч).

В процессе решения упомянутой практической задачи выявлены пространственно-временные закономерности колебаний характеристик водного и ледового режима рек. Эти данные могут быть использованы при разработке долгосрочной стратегии эксплуатации Бедных ресурсов и водных объектов республики; для оценки гндрологнчес-

кнх эффектов в связи с глобальными изменениями климата, а также адаптации к ним различных отраслей хозяйстза; для выбора оптимального варианта размещения гидрометрической сети; в конкретном .проектировании - при выборе бассейнов или створов-аналогов, при применении расчетных методов, Б которых используется пространственная корреляционная функция. Б частности, данные по связям стока Иртыша с осадками использовались КазКИГМИ при оценке адаптации речного транспорта к изменениям климата Казахстана.

Результаты исследований в виде научных отчетов переданы Со-юзгипрсводхозу СССР (задания С3.02.Д5 и 03.02.Д7 проблемы ГКНТ СССР 0.85.06), Павлодармелиорацпи, Институту географии HAH РК, войди е научный отчет по теме Координационного плана АК СССР и . Минвуза СССР на 1986-1990 гг. (шифр 3.S.1.7.5). Они внедрены в учебный процесс из кафедре гидрологии суши КазГУ в виде спецкурса "Врг екные гидрометеорологические ряды", в лекционных курсах и лабораторных работах по дисциплинам "Гидрология суаи", ''Гидрофизика", "Гидрологические прогнозы", "Бодно-технические' изыскания" . при курсовом и дипломном проектировании. Практические аспекты исследования были ;лючены в курс "Актуальные проблемы ги-' дрологип", прочитанный в 1939 г. по профили Инженерной гидрологии для специалистов по проектированию искусственных сооружении в Институте повышения квалификации системы Минавтодора КаэССР.-

Апробация исследований. Отдельные поло-аенпя исследований по теме докладывались на Всесоюзных коордп- -национных совещаниях по проблеме переброски стока (Ташкент, 1981, НоЕосиоирок, 1933), Y Всесоюзном совещании по применении статистических методов в метеорологии (Казань, 1985), на I, II к III съездах геогррйов Казахстана (Алма-Ата, 1979, 1965 и 1990), на научных семинарах ґкафедры гидрологии суии КазГУ (19S1-1994) н лаборатории гидрологик ИГ КАН РК (1994, 1995), на Ученом совете геофака КазГУ (1S94, 1935), Ученом совете Института географии НЛК РК (1991, 1993, 19S4 гг.), Научно-техническом совете Казгндромета (199 . Вопросы использования некоторых результатов исследования в учебном процессе докладывались на секции гидрологии суши Комиссии г выспему гидрометеорологическому образованию Минвуза СССР (Алма-Ата, 1981).;

Публикации. Содержание работы отражено в 42 печатных работах* Бклсчая монографии.

Структура и о'бьем работы. Диссертация-»со-стоит из взедення, пяти глав, заключения, списка литературы из

299 наименований и приложений. Обший оо'ьем АОО страниц, в тон числе 57 рисунков, Б7 таблиц, 11 табличных приложений.