Многолетние колебания годового притока воды к каскаду водохранилищ на реке Каменушке и их предвычисление

Автор: Ушаков Михаил Вилорьевич

Журнал: Общество. Среда. Развитие (Terra Humana) @terra-humana

Статья в выпуске: 4 (49), 2018 года.

Бесплатный доступ

На Северо-Востоке России возле Магадана функционирует каскад из двух водохранилищ на р. Каменушке для обеспечения города питьевой водой. Для более эффективного регулирования речного стока необходимы долгосрочные прогнозы притока воды к водохранилищам. В работе ставилась цель разработать метод предвычисления многолетних колебаний суммарного притока воды к каскаду водохранилищ. Исходными данными послужили данные многолетних наблюдений за стоком на гидрологических постах Росгидромета. Из-за глобальных климатических изменений межгодовые колебания притока имеют тренд на повышение, который описывается полиномом третьей степени. После элиминации тренда спектральный анализ выявил наличие статистически значимых циклов продолжительностью 6, 10, 11 лет. На основе этого было получено уравнение для предвычисления многолетних колебаний притока в отклонениях от тренда. Для прогноза годового притока необходимо ежегодно уточнять параметры уравнения линии тренда. Полученный метод является удовлетворительным: отношение среднеквадратичной ошибки прогнозов к стандартному отклонению исходного ряда составило 0,73, оправдываемость - 64,4%.

Еще

Водохранилище, прогноз, речной сток, спектральный анализ, тренд

Короткий адрес: https://sciup.org/140240759

IDR: 140240759

Текст научной статьи Многолетние колебания годового притока воды к каскаду водохранилищ на реке Каменушке и их предвычисление

Ушаков М.В. Многолетние колебания годового притока воды к каскаду водохранилищ на реке Каменушке и их предвычисление // Общество. Среда. Развитие. – 2018, № 4. – С. 139–145.

Для обеспечения г. Магадан питьевой водой используется каскад из двух водо -хранилищ на р. Каменушке (табл. 1). Одн-ко в отдельные годы Магадан испытывает нехватку питьевой воды [5].

Для более эффективного регулирования речного стока необходимы долгосрочные прогнозы притока воды к водохранилищам [9; 11].

В работе ставится цель разработать метод предвычисления многолетних колебаний суммарного притока воды к каскаду водохранилищ на р. Каменушке. Задача осложняется тем, что со второй половины

XX века на пла н ете идет пр о цесс глобального потепления климата [4; 10; 25], который отражается и на режиме стока рек [22; 23].

Разработкам методов прогноза годового стока рек на Северо-Востоке России посвящены работы [16; 24]. В работе [24] получен физико-статистический метод прогноза годового притока воды к Колымскому и Усть-Среднеканскому водохранилищам на основе уравнений множественной регрессии, где в качестве предикторов выступили показатели запасов воды в снежном покрове в декабре и индексы

Характеристики водохранилищ на р. Каменушке

Таблица 1

Водохранилище	Площадь водосбора, км³	Площадь водного зеркала при НПу, км²	Объем воды при НПу, млн м³
Водохранилище № 2	63,5	1,72	17,2
Водохранилище № 1	7,2*	0,69	3,5
Суммарно по каскаду	70,7	2,41	20,7

* Промежуточная водосборная площадь между плотинами водохранилищ. НПУ – нормальный подпорный уровень.

Среда обитания

атмосферной циркуляции: Южного колебания и Арктической осцилляции. В [16] на основе гармонической функции разработан статистический метод предвычис-ления многолетних колебаний годового стока р. Анадырь.

Магадан находится на на побережье Охотского моря. Характерной особенностью бассейна р. Каменушки, где формируется речной сток, является холодный климат [14], прерывистое распространение многолетней мерзлоты [3]. Лесной ландшафт на горных хребтах и нагорьях сменяется тундрой, каменистыми пустынями (гольцами). Средняя годовая температура воздуха ниже нуля [8]. Наиболее холодным является январь, самым теплым – июль. Осадки в течение всего года определяются циклонической деятельностью, внутри-массовые осадки, обусловленные сильным прогревом, вносят незначительный вклад в годовую сумму. Внутригодовое распределение стока отличается значительной неравномерностью. В теплую часть года (май–октябрь) протекает основная масса воды (94–99%) [12]. В зимние месяцы сток незначителен.

В период половодья проходит в среднем 35–55% суммарного стока за год. Сток формируется главным образом за счет снеготаяния, доля дождевых вод невелика, подземный сток практически отсутствует. Гидрографы половодья характеризуются зачастую пилообразной формой. Волна половодья нередко сливается с последующими дождевыми паводками. Дождевые паводки проходят в период середина июня - сентябрь, реже - в октябре. Как правило, в среднем за год на- блюдается от одного-двух до трех-пяти паводков.

В летне-осенний период в связи с оттаиванием деятельного слоя доля подземного стока начинает увеличиваться. Наименьшие расходы воды за период открытого русла могут наблюдаться в любой летний месяц, преимущественно во второй половине лета и перед появлением на реке осенних ледовых явлений. Продолжительность летних меженных периодов, как правило, незначительна. В меженные периоды реки в основном питаются подземными водами.

Зимняя межень наблюдается со второй половины октября до начала мая. В этот период реки питаются исключительно грунтовыми водами.

материалы и методы исследования

Для разработки метода прогноза суммарного годового притока воды к каскаду водохранилищ на р. Каменушке необходимо рассчитать погодичные величины притока, используя данные многолетних наблюдений гидрологических постов за речным стоком. В данной работе годовой приток выражен в м3/с. При помощи простого преобразования от м3/с можно всегда перейти к объему притока (км3).

На р. Каменушке выше водохранилищ многолетние наблюдения за стоком велись на двух постах Колымского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (табл. 2). Методом гидрологической аналогии все ряды были приведены к многолетнему периоду 1958– 2016 гг. Ряды среднегодовых расходов воды были сформированы по данным [6]

Общество. Среда. Развитие ¹ 4’2018

Таблица 2

Параметры кривых обеспеченностей годового стока р. Каменушки за 1958-2016 гг. и расчетного ряда суммарного притока к каскаду водохранилищ

Река – пункт	Площадь водосбора, км²	Среднемноголетний годовой расход (приток), м³/с	σ, м³/с	Cv	Cs/Cv
р. Каменушка – в 8 км от устья	40,3	0,82	0,23	0,29	1
р. Каменушка – в 3,3 км выше плотины	58,8	1,07	0,36	0,34	0,5
Суммарный приток к каскаду водохранилищ	70,7	1,28	0,44	0,34	0,5

Список литературы Многолетние колебания годового притока воды к каскаду водохранилищ на реке Каменушке и их предвычисление

Бортковский Р.С., Егоров Б.Н., Катцов В.М., Павлова Т. В. Модельные оценки среднего газообмена между океаном и атмосферой в условиях современного климата и при его изменениях, ожидаемых в 21 веке//Известия РАН. Т. 43. -2007, № 3. -С. 313-318.
Булгаков К.Ю., Мелешко В.П., Шпееров Б.Е. О чувствительности климата к удвоение концентрации СО2 в атмосфере//Труды ГГО. -2007, вып. 556. -С. 2-28.
Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток/Под ред. Э.Д. Ершова. -М.: Недра, 1989. -515 с.
Израэль Ю.А., Груза Г.В., Катцов В.М., Мелешко В.П. Изменение глобального климата. Роль антропогенных воздействий//Метеорология и гидрология. -2001, № 5. -С. 5-22.
Коскин С.С., Гашко В.И., Сусекова Н.Г., Мейдман В.Л. Поверхностные водные ресурсы Магаданской области и проблемы их рационального использования и охраны//Тез. докл. Региональной научной конференции «Северо-Восток России: прошлое, настоящее, будущее». -Магадан: Администрация Магаданской области, 1998. -С. 238-239.
Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Т. I, вып. 17. -Л.: Гидрометеоиздат, 1985. -429 с.
Наставление по службе прогнозов. Разд. 3. Ч. I. Служба гидрологических прогнозов. Прогнозы режима вод суши. -Л.: Гидрометеоиздат, 1962. -193 с.
Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер.3. Ч. 1-6. Вып. 33. -Л.: Гидрометеоиздат, 1990. -566 с.
Нежиховский Р.А. Гидрологические расчеты и прогнозы при эксплуатации водохранилищ. -Л.: Гидрометеоиздат, 1976. -191 с.
Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Т. 1: Изменение климата. -М.: Росгидромет, 2008. -277 с.
Резниковский А.Ш., Великанов, М.А., Костина И.Г. и Рубинштейн М.И. Гидрологические основы гидроэнергетики. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -263 с.
Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 19. Северо-Восток. -Л.: Гидрометеоиздат, 1969. -282 с.
Сарахунян Э.Н., Смирнов Н.П. Многолетние колебания стока Волги. -Л.: Гидрометеоиздат, 1971. -165 с.
Север Дальнего Востока/Под ред. Н.А. Шило. -М.: Наука, 1970. -487 с.
СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. -М.: Госстрой России, 2004. -74 с.
Ушаков М.В. Норма и изменчивость годового стока р. Анадырь//Вестник СВНЦ ДВО РАН. -2016, № 1. -С. 59-65.
Ушаков М.В. Схема расчета ресурсов речных вод Примагаданья в условиях меняющегося климата//Использование и охрана природных ресурсов в России. -2018, № 3. -С. 76-79.
Ушаков М.В. Статистический метод прогноза снеголавинной активности на юго-западе Магаданской области//Проблемы анализа риска. -2018, № 4. -С. 60-65.
Фокин С.А., Катцов В.М. Модель общей циркуляции океана как компонент объединенной глобальной климатической модели ГГО//Метеорология и гидрология. -2001, № 3. -С. 5-18.
Шелутко В.А. Статистические модели и методы исследования многолетних колебаний стока. -Л.: Гидрометеоиздат, 1984. -160 с.
Шелутко В.А. Численные методы в гидрологии. -Л.: Гидрометеоиздат, 1991. -239 с.
Gartsman B.I., Lupakov S.Yu. Effect of Climate Changes on the Maximal Runoff in the Amur Basin: Estimation Based on Dynamic-Stochastic Simulation//Water Resources. Vol. 44. -2017, № 5. -P. 697-706.
Khazheeva Z.I., Plyusnin A.M. Variations in Climatic and Hydrological Parameters in the Selenga River Basin in the Russian Federation//Russian Meteorology and Hydrology. Vol. 41. -2016, № 9. -P. 640-647.
Lobanov S. A., Ushakov M. V. The river water resources of the Magadan region and their long-term variability//Geography and natural resources. Vol. 29. -2008, № 3. -P. 247-250.
WMO Statement on the status of the global climate in 2015. WMO-No 1167. -Geneva: Publications Board World Meteorological Organization, 2016. -28 p.

Еще

Статья научная