Сток рек бассейна Терека тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.27, кандидат географических наук Рец, Екатерина Петровна

  • Рец, Екатерина Петровна
  • кандидат географических науккандидат географических наук
  • 2013, Москва
  • Специальность ВАК РФ25.00.27
  • Количество страниц 277
Рец, Екатерина Петровна. Сток рек бассейна Терека: дис. кандидат географических наук: 25.00.27 - Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. Москва. 2013. 277 с.

Оглавление диссертации кандидат географических наук Рец, Екатерина Петровна

Введение.

Глава 1. Общее физико-географическое описание бассейна р.Терек.

1.1. Особенности гидрографии.

1.2. Рельеф и геология.

1.3. Климат.

1.4. Особенности современного оледенения.

1.5. Почвы и растительность.

1.6. Гидрологическая изученность бассейна Терека.

1.7. Антропогенное использование водных ресурсов.

Глава 2. Пространственно-временная изменчивость метеорологических характеристик центральной и восточной части Северного Кавказа.

2.1. Пространственная скоррелированность многолетних колебаний среднегодовых температур воздуха.

2.2. Пространственная скоррелированность многолетних колебаний годовых и среднемесячных сумм осадков.

2.3. Характеристика современных изменений климата на территории Северного Кавказа.

Глава 3. Факторы формирования пространственно-временной изменчивости стока горных рек.

3.1. Закономерности процессов формирования стока в бассейнах горных рек.

3.2. Особенности естественной многолетней зарегулированности речного стока в бассейне р.Терек.

3.3. Зависимость характеристик стока рек Терского бассейна от атмосферных осадков и параметров естественной зарегулированности.

Глава 4. Особенности пространственно-временной изменчивости годового и минимального стока в бассейне Терека.

4.1. Пространственное распределение характеристик годового стока.

4.2. Пространственное распределение характеристик минимального стока.

4.3. Многолетние колебания характеристик годового и минимального месячного стока.

Глава 5. Особенности уровенного режима рек Терского бассейна в период максимальной водности.

Глава 6. Районирование бассейна р.Терек по условиям формирования водного режима

Глава 7. Возможности прогнозирования и расчетов характеристик стока рек Терского бассейна.

7.1. Расчет гидрологических характеристик годового, минимального и максимального стока рек Терского бассейна при наличии данных наблюдений.

7.2. Расчет гидрологических характеристик годового, минимального и максимального стока рек Терского бассейна в условиях недостаточной гидрологической изученности.

7.3. Прогноз минимального стока рек Терского бассейна.

7.4. Прогноз стока рек Терского бассейна в многоводный период.

7.5. Перспективные направления в области расчетов и прогнозов стока горных рек

Глава 8. Физико-математическая модель таяния снега и льда в гляциально-нивальной зоне.

8.1. Постановка проблемы.

8.2. Расчет таяния по модели.

8.2.1. Принципиальная схема модели и входные данные.

8.2.2. Приходящая прямая и рассеянная коротковолновая радиация.

8.2.3. Альбедо.

8.2.4. Длинноволновое излучение.

8.2.5. Турбулентный теплообмен с атмосферой.

8.2.6. Поток тепловой энергии через морену и вглубь снежной толщи.

8.3. Реализация модели для ледникового комплекса бассейна руч. Джанкуат.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия», 25.00.27 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сток рек бассейна Терека»

Актуальность темы. Бассейн р. Терек является одним из наиболее сложных в природном отношении регионов России. Горный рельеф, высотная зональность климата, значительная неоднородность полей метеоэлементов являются причинами возникновения здесь больших контрастов в условиях формирования стока рек. Вследствие этого в бассейне Терека существуют как проблемы с дефицитом воды, так и с ее избытком.

Бассейн Терека является чрезвычайно опасным в гидрологическом отношении регионом. Для него характерно регулярное проявление разнообразных опасных природных процессов, постоянно создающих угрозу безопасности жизнедеятельности населения. Горная часть бассейна покрыта многолетними снегами и ледниками, динамика которых приводит к образованию лавин, схода ледников, селей и т.п. В горных территориях также формируются условия возникновения опасных гидрологических процессов в нижней части бассейнов, где сосредоточено основное население и хозяйственная деятельность. Величина стока из гляциально-нивальной зоны в многоводный период создает предпосылки возникновения наводнений в нижней части бассейна, катастрофических размывов русла рек. Размывающая способность рек в верховьях определяет аккумуляцию в низовьях. Таяние ледников является важным источником водных ресурсов для сельского хозяйства в летне-осенний период.

Равнинная часть Терского бассейна - один из наиболее густонаселенных регионов нашей страны и один из крупнейших районов поливного земледелия, которое сосредоточено в предгорной и равнинной частях бассейна с засушливым климатом. Это определяет большую потребность хозяйства региона в водных ресурсах. Однако хозяйственное использование водных ресурсов здесь часто является неупорядоченным, бесконтрольным и неучтенным и приводит к существенному изменению речного стока.

Исследование пространственно-временного распределения характеристик стока является основой для разработки методики расчетов и прогнозов стока рек бассейна Терека, необходимых для проектирования и эксплуатации многих сооружений, предотвращения ущерба населению и хозяйственным объектам.

В условиях Терского бассейна методы исследования речного стока, разработанные для равнинных территорий, становятся часто неприменимыми. Для выбора корректных подходов к изучению особенностей водного режима рек Терского бассейна требуется учет специфики формирования стока рек горных рек. Методам же исследования, расчета и прогноза гидрологических и метеорологических характеристик горных территорий в отечественной литературе традиционно уделяется меньше внимания, что предопределяет необходимость особого рассмотрения процессов формирования стока горных рек.

Состояние изученности проблемы. Разнообразие водохозяйственных проблем региона и специфичность условий формирования стока определило достаточно большое внимание к бассейну Терека различных исследователей. Неоднократно для бассейна Терека разрабатывались схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов (1948 г., 1963 г. 1977 г.). В настоящее время, согласно Приказу Росводресурсов от 01.10.2010 № 264 (ред. от 20.12.2010) к выходу готовится новый проект СКИОВО бассейна реки Терек. Для создания новой СКИОВО сотрудниками кафедры гидрологии суши МГУ, в том числе при участии автора данной диссертационной работы, был составлен Отчет по научно-исследовательской работе «Разработка схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р. Терек» (Отчет., 2006). В данной работе приводятся результаты исследования пространственно-временного распределения некоторых гидрологических характеристик в бассейне Терека на момент 2002-2004 г, в том числе опасных процессов, дается характеристика современного хозяйственного использования водных ресурсов, ожидаемых изменений социально-экономической и геоэкологической ситуации в бассейне. Характеристика бассейна Терека, его природных условий, характеристика особенностей водного режима рек бассейна дана также в работах П.М. Лурье (2002, 2004).

Однако, при этом, в описанных выше работах не производится комплексного анализа существующих факторов стокоформирования как возможных предикторов характеристик речного стока для их расчетов и прогнозирования. Обобщения, изложенные в (Ресурсы. 1973), являются последним примером детальной разработки зависимостей и карт для расчета гидрологических характеристик неизученных бассейнов в пределах бассейна Терека. В настоящее время, по прошествии 30-ти лет, данные расчетные схемы можно считать сильно устаревшими. В существующей литературе не приводится также подробного системного анализа направленности изменений характеристик речного стока. Таким образом, несмотря на достаточно большое внимание к бассейну Терека различных ученых, результаты существующих на данный момент исследований не могут быть достаточными для планирования водохозяйственного развития бассейна, проектирования сооружений и организации системы защиты населения и хозяйственных объектов от опасных гидрологических процессов.

Исключительно полезными при исследовании стока рек Терского бассейна также являются работы, предметом которых является рассмотрение процессов формирования стока в пределах других горных территории. Среди них можно отметить монографию A.B. Христофорова и Ж.Ж. Кармолдаева (1994), посвященную стоку горных рек в маловодный период, труд П.М. Лурье (2005), посвященный гидрографии и режиму стока Кубани, сборник Climate and Hydrology in Mountain Areas (2005) под редакцией de Jong, D. Collins, R. Ranzi и многие другие.

Проблема эволюции современного оледенения Терского бассейна исследована достаточно широко. Она рассматривается в монографии В.Д. Панова (2003), И. Б. Сейновой и Е.А. Золотарева (2001), М. Дюргерова (2002), в работе К.Ф. Войтковского и H.A. Володичевой (2004). Гидрологическая роль современного оледенения Северного Кавказа рассматривается в монографии Голубева Г.Н. (1979), совместной статье П.М. Лурье и В.Д. Панова (2004).

Характеристика хозяйственного использования водных ресурсов территории представлена в работах И.А. Шикломанова, J1.E. Смирновой, A.C. Хорецкой, Н.Е. Кошелевой, Д.В. Магрицкого, A.A. Иванова и др.

Исследованию методов прогноза стока рек горных территорий посвящены отдельные разделы «Руководства по гидрологическим прогнозам» (1978) и монографии Б.А. Аполлова, Г.П. Калинина и В.Д. Комарова (1974). Проблема формирования склонового стока и расчета дождевых паводков в пределах горных территорий рассмотрена в работе Н.Ф. Бефани (1977). Вопросу анализа и прогноза рек Кавказа посвящена работа А.Н. Важнова (1966). Результаты разработки стохастических моделей стока рек горных территорий представлены в работах (Христофоров и др, 1998, Гриневич и др, 1972). Вопросы использования стохастических моделей стока для расчета стока рек Терского бассейна рассматривается в кандидатской диссертации Н.М. Юминой (2008).

Особенностям климатических условий горных территорий посвящена работа R.G. Barry (2008). Пространственное распределение характеристик снежного покрова Северного Кавказа детально рассматривает в своей работе A.B. Погорелов (2002). В существующей литературе не приводится подробного системного анализа современных изменений климата на территории Северного Кавказа. Наиболее общие тенденции рассмотрены в рамках исследования изменений климата европейской территории России в работах (Семенов, 2004, Кислов и др., 2008), а также в докладах IPCC (Contribution., 2007) и в специализированных докладах Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Оценочный доклад., 2008).

В области горной гидрологии последнее время также активно развиваются методы математического моделирования. Рассматривая опыт исследования ученых СНГ, можно отметить концептуальную модель тало-дождевого стока горных рек, разработанную сотрудниками САНИГМИ под руководством Ю.М. Денисова (2000), в работе (Голубцов, 2010) описывается концептуальная динамическая модель формирования общего стока горных рек

- КДМФОС-76 Б. Концептуальные модели формирования стока горных рек в большом числе разрабатываются и иностранными авторами. Для примера можно привести модель HBV3-ETH9 (Konz, 203), GERM (Farinotti et al 2011) и многие другие. К наиболее перспективным методам расчета и прогноза характеристик стока относятся методы физико-математического моделирования, наиболее проработанные в настоящий момент для рек равнинных территорий (Lastoria, 2008, Abbott et al., 1986, Кучмент и др., 1986, Гельфан, 2007 и др.). В современной иностранной литературе встречается все больше и больше примеров использования различных физико-математических моделей формирования стока для горных территорий (Letsinger, Olyphan, 2007, Garen, Marks, 2005, Weber et al., 2010 и др.). В русскоязычной литературе примеры подобных разработок пока не встречается.

Цель исследования - изучить особенности процессов формирования водного стока в бассейне Терека, пространственно-временного распределения его характеристик, и разработать методики и средства их прогнозирования и расчета.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявление основных факторов, определяющих формирование водного режима рек Терского бассейна, и степени и характера их влияния на различные характеристики стока.

2. Изучение пространственной связности многолетних колебаний характеристик температуры воздуха и атмосферных осадков на исследуемой территории.

3. Выявление и анализ современных изменений климата, характерных для бассейна Терека.

4. Исследование пространственного распределения и многолетних колебаний характеристик годового, минимального и максимального стока.

5. Анализ существующих подходов к прогнозу и расчету стока рек горных территорий, разработка зависимостей и карт для расчета характеристик стока с неизученных частей Терского водосбора, построение прогностических зависимостей для прогноза характеристик стока рек.

6. Изучение существующего опыта физико-математического моделирования стока рек горных территорий и отдельных составляющих процесса его формирования.

7. Разработка физико-математической модели таяния снега и льда в гляциально-нивальной зоне как основы модели формирования стока рек горных территорий.

Объектом исследования являются реки Терского бассейна.

Предметом исследования - условия формирования и пространственно-временное распределение характеристик водного стока рек бассейна Терека.

Методика исследований и фактический материал. В данной работе использовались данные наблюдений по 42 гидрометрическим постам на реках Терского бассейна продолжительностью до 2008 г. Также в исследовании были проанализированы ряды наблюдений за осадками и температурой воздуха по 30 метеостанциям, расположенным в центральной и восточной части Северного Кавказа. При проверке разработанной физико-математической модели таяния в гляциально-нивальной зоне использовались материалы работы ледникового отряда МГУ на гляциологической станции Джанкуат, собранные при участии автора.

В исследовании использованы разные методы от традиционных методов математической статистики и географического обобщения до геоинформационных методов и физико-математического моделирования. Для решения задач широко использовались современные программные комплексы, прежде всего, Ап^б, 81айз1лса и Ехе1, а также собственные программы, написанные на языке Фортран.

Основные защищаемые положения:

1. Выявленные условия возможности интерполирования различных характеристик осадков и температуры воздуха между пунктами метеонаблюдений для гидрологических исследований в пределах центральной и восточной части Северного Кавказа.

2. Районирование бассейна Терека по условиям формирования водного режима рек.

3. Эмпирические зависимости и карты для расчета характеристик минимального, среднегодового стока и максимальных уровней неисследованных водосборов в пределах бассейна Терека.

4. Выявленные тенденции направленных изменений характеристик минимального, среднегодового стока и максимальных уровней воды рек Терского бассейна и их сопоставление с современными климатическими изменениями и другими факторами формирования стока.

5. Методики краткосрочного прогноза уровней и расходов воды опасных паводков, долгосрочного прогноза стока в многоводный период, а также методики долгосрочного прогноза минимальных месячных расходов воды для ряда участков рек Терского бассейна.

6. Физико-математическая модель таяния снега и льда в гляциально-нивальной зоне

Научная новизна работы заключается в том, что представленные результаты анализа пространственно-временного распределения характеристик речного стока основаны на наиболее современных данных, а также на детальном рассмотрении процессов формирования стока и определяющих их факторов в пределах Терского бассейна.

На основе анализа пространственно-корреляционных матриц были впервые оценены возможности интерполяции характеристик температуры воздуха и осадков в разные месяцы между пунктами наблюдения в горной и равнинной части бассейна.

Построены обновленные карты и зависимости для определения характеристик минимального, годового стока и уровней воды в период максимальной водности. Для некоторых характеристик подобные зависимости и карты построены впервые. Уточнено районирование Терского бассейна по водному режиму. В данном районировании были учтены не только различия во внутригодовом распределении стока, но и основные факторы его формирования, особенности многолетних колебаний характеристик стока.

В условиях возрастающей опасности наводнений для ряда пунктов в пределах бассейна Терека, попадающих в области наиболее вероятного затопления, были разработаны методики краткосрочного прогноза максимальных уровней. Были рассмотрены возможности применения методов тенденций для прогноза характеристик минимального стока воды в условиях Терского бассейна, методология которых более подробно разработана для равнинных рек, построены соответствующие прогностические методики для ряда пунктов. На основе регрессионного анализа были выбраны наиболее репрезентативные метеостанции современной сети метеонаблюдений и наиболее результативные предикторы для прогноза стока рек в многоводный период для ряда горных водосборов исследуемой территории.

На основе последних данных были выявлены тенденции современных климатических изменений и направленных изменений характеристик стока.

Впервые в нашей стране разработана физико-математическая модель таяния снега и льда в гляциально-нивальной зоне с распределенными параметрами, отвечающая современным возможностям измерения метеоэлементов.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные карты и эмпирические зависимости могут быть использованы для проектирования различных сооружений в пределах Терского бассейна. Районирование исследуемой территории по условиям формирования водного режима может быть применено при разработке схем комплексного использования водных ресурсов бассейна. Разработанные прогностические

11 зависимости дают возможность повысить эффективность эксплуатации многих сооружений и предотвратить ущерб населению и хозяйственным объектам. Разработанная физико-математическая модель таяния снега и льда в гляциально-нивальной зоне может послужить основой разработки моделей стока рек горных территорий, необходимых для организации системы мониторинга за опасными гидрологическими процессами в высокогорных бассейнах.

Полученные результаты и методологические разработки данного исследования были внедрены в рамках инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства объектов Зимней олимпиады Сочи-2014 (по заданию ГК «Олимпстрой») и объектов Космодрома «Восточный» (по заданию Роскосмоса). Разработанная в рамках данной работы физико-математическая модель таяния снега и льда, адаптированная для местных физико-географических условий, была использована для моделирования различных сценариев таяния наледей сточных вод, образующихся в результате сброса очищенных сточных вод с проектируемых сооружений для площадок Космодрома «Восточный», что необходимо для оценки условий естественного самоочищения водотоков территории строительства. Разработанные в рамках диссертационной работы методологические подходы к оценке характеристик опасных гидрологических процессов на горных реках были использованы для изучения особенностей опасных гидрологических процессов на р.Мзымта для проектирования инженерной защиты Олимпийских объектов, расположенных на Имеретинской низменности (Имеретинская низменность., 2011).

Результаты работы вошли в отчеты: государственного контракта от 16 августа 2006 г. №1-СКИОВР «Разработка схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р. Терек»; гранта РФФИ № 09-05-01182 «Современная эволюция ледников Кавказа и их водных ресурсов как отклик на новейшие тренды климата»; отчет по Государственному контракту № 02.740.11.0336 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (2009-2011); отчет по государственному контракту № 12 от 14 декабря

2010 г. на выполнение научно-исследовательских работ для федеральных государственных нужд по теме «Изучение пространственных особенностей экстремальных гидрологических условий на территории Российской Федерации и подготовка научно обоснованных предложений по минимизации их негативного воздействия на социально-хозяйственный комплекс страны»; отчет по проекту РФФИ: № 10-05-00252 «Влияние изменений климата на формирование речного стока и опасных гидрологических явлений на юге Европейской территории России». Методологические средства оценки характеристик водного режима рек Терского бассейна разработаны в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (2009-2011, госконтракт П164 «Совершенствование системы мониторинга гидрологических процессов для повышения эффективности и безопасности водопользования»).

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (2007, 2008, 2009), на научных конференциях молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность», организованных Институтом водных проблем РАН, проходивших в 2008, 2009 и 2010 гг., на VII Конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» (2009), на научно-практической конференции молодых специалистов в ОАО ПНИИИС «Инженерные изыскания в строительстве» (2008, 2009), на совместных конференциях ИВПАН и МГУ в 2011-2012 гг.

Результаты работы также докладывались на международных научных конференциях: в 2008 г. - в рамках международного научного семинара, посвященного обсуждению результатов совместных гидролого-гляциологических исследований ледников Кавказа, Кузнецкого Алатау и Кодара (Германия, Мюнхен); в 2010 г. - на VI Всемирной конференции FRIEND «Global Change: Facing Risks and Threats to Water Resources» (Марокко,

Фес); в 2012 г. на XXXII Международном географическом конгрессе (Германия, Кёльн).

Публикации. Итоги исследований изложены в 17 работах, из которых 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ, 1 глава в коллективной монографии, 1 статья в ведущем международном журнале, 1 статья в энциклопедии, 7 статей в прочих сборниках и 4 тезисов докладов.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы - 277 страниц, включая 131 рисунок, 18 таблиц, 11 приложений. Список литературы содержит 94 наименований, из которых 61 работа отечественных и 33 работы зарубежных авторов.

Похожие диссертационные работы по специальности «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия», 25.00.27 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия», Рец, Екатерина Петровна

Заключение

Итогом работы стало комплексное исследование условий формирования и пространственно-временного распределения характеристик водного стока рек бассейна Терека, а также анализ основных методов и подходов к его изучению. Ниже приведены основные выводы данной работы.

1. Анализируя результаты построения пространственно-корреляционных матриц многолетних колебаний среднегодовых температур воздуха, можно заключить, что основным фактором степени связности колебаний является разница абсолютных отметок высот между пунктами наблюдений. Достаточно высокие коэффициенты парной корреляции многолетних колебаний среднегодовой температуры воздуха позволяют проводить интерполяцию между пунктами существующей в центральной и восточной части Северного Кавказа сети метеонаблюдений с целью гидрологических исследований.

2. В пределах горной части исследуемой территории (абсолютная высота больше 1000 м) возможно проводить интерполяцию значений месячных сумм осадков холодный период года (с ноября по апрель), при определенных ограничениях по расстоянию между пунктами и разнице абсолютных высот. Таким образом, возможна оценка объемов снегозапасов в бассейнах рек Терского бассейна. В другую, теплую половину года (с мая по октябрь) интерполяция между горными станциями возможна только при расстоянии между пунктами до 55 км и разнице высот до 1000 м и она может быть связана со значительными ошибками. На равнинной территории проводить интерполяцию значений месячных сумм осадков можно только с сентября по апрель и только между пунктами, расположенными не более чем на 55-125 км друг от друга.

3. На равнинной территории Терского бассейна наблюдается статистически достоверное увеличение среднегодовой температуры воздуха и уменьшение числа дней с отрицательными температурами воздуха в году.

Для большинства горных и равнинных метеостанций, расположенных в западной части исследуемой территории, характерно направленное увеличение годовой суммы осадков в течение всего периода наблюдения, причем как за счет твердой, так и за счет жидкой составляющей. В центральной части и на юге бассейна также наблюдается тенденция повышения количества осадков, однако она является статистически недостоверной. В восточной части бассейна исследуемой территории наблюдается цикличность многолетних колебаний осадков, на фоне общего повышения, понижения или сохранения среднего значения на одном уровне.

4. В горной и предгорной частях бассейна реки Терек в области распространения определенных тектонических структур, обладающих регулирующей способностью, естественная зарегулированность играет важную роль в формировании стока рек. Это проявляется в высоких значениях коэффициентов внутрирядной связности рядов миниамльного месячного и годового стока, а также в том, что многолетние колебания характеристик стока показывают слабую зависимость от колебаний сумм осадков, измеряемых на горных и предгорных метеостанциях. В горных областях бассейна р. Терек, где многолетняя зарегулированность стока не оказывает такого мощного влияния, среднегодовые расходы воды имеют зависимость от годовых сумм осадков на репрезентативных горных метеостанциях. Для равнинных рек, область формирования стока которых находится преимущественно в предгорном и низкогорном поясах, характерно существенное влияние многолетних колебаний атмосферных осадков на равнинной территории на величину стока рек. Также для данных рек отмечается значительная многолетняя зарегулированность характеристик годового и минимального стока.

5. Основным фактором формирования стока в многоводную фазу для горных бассейнов являются осадки за холодный период, особенно за январь-апрель. Для тех бассейнов, для которых существенна естественная многолетняя зарегулированность стока, прослеживается также зависимость от расходов воды в прошлый год. Для бассейнов, расположенных в предгорном и равнинном поясах, зависимость стока в летне-весенний период от суммы осадков за зиму прослеживается достаточно слабо. Это связано с меньшей долей таяния снега в структуре питания. Многоводный период в большей мере формируется дождевыми паводками, что отражается в достаточно четкой зависимости стока за многоводный период на таких реках от летних сумм осадков на равнинных метеостанциях. Вследствие значительной регулирующей способности речных водосборов в предгорной части, существенных фактором величины стока в многоводную фазу являются также расходы воды в предыдущие годы.

6. Были исследованы особенности пространственного распределения характеристик среднегодового и минимального стока, режима максимальных уровней воды. Водность рек в среднегодовом разрезе и период минимального стока зависит от высотного положения водосбора и характер увеличения формирующихся объемов стока с высотой различен для разных частей бассейна. Значение среднегодового модуля стока значительно изменяется по территории: от 1 л/(с-км ) на равнинных территориях до более 40-50 и более в юго-западной, наиболее высокогорной части бассейна. у

Значение минимального месячного стока - от менее 1 до 10 л/(с-км") соответственно. Коэффициент вариации годового и минимального месячного стока увеличивается с уменьшением средней высоты бассейна и уменьшением площади бассейна. Максимальный диапазон изменения уровней воды увеличивается с уменьшением доли оледенения в бассейне и с увеличением площади водосбора.

7. Для рек предгорной части бассейна и высокогорной части междуречья Малки и Терека характерна неоднородность рядов среднегодового и особенно минимального месячного стока. В течение периода наблюдений наблюдается статистически достоверное увеличение математического ожидания и дисперсии. Тем не менее, для наиболее крупных рек бассейна, протекающих на равнинной территории: р. Терек ниже впадения Малки, р. Малка и Сунжа в нижнем течении, - характерно направленное снижение среднегодовых расходов воды. Это предположительно связано с хозяйственной деятельностью: безвозвратными потерями при орошении, отводом стока в бассейн р.Кума.

8. Обобщение результатов исследования условий формирования стока рек Терского бассейна, пространственно-временного распределения его характеристик позволило провести районирование бассейна Терека по условиях формирования водного режима. Всего было выделено 4 района, некоторые из которых были поделены на несколько областей.

9. При расчете характеристик распределения минимального и годового стока рек Терского бассейна необходимо учитывать внутрирядную скоррелированность. Без учета внутрирядной скоррелрованности стандартные оценки г( 1) и Су могут быть занижены на 10-20% и более, особенно при небольшой длине ряда наблюдений.

10. В рамках данного исследования были построены эмпирические зависимости и карты, а также проведено районирование для расчета следующих характеристик стока неизученных рек Терского бассейна: 1) Среднегодовой сток: среднегодовой модуль стока; коэффициент вариации; коэффициент автокорреляции г(1); 2) Минимальный сток: минимальный месячный модуль стока; коэффициент вариации; коэффициент автокорреляции г(1); средний номер лимитирующего месяца; 3) Максимальные уровни воды: средняя дата наступления максимальных уровней; максимальный диапазон изменения уровней. Некоторые из приведенных зависимостей и карт построены для Терского бассейна впервые.

11. В условиях современной возрастающей опасности наводнений для населения и хозяйственных объектов были определены области наиболее вероятного затопления в пределах бассейна Терек и для ряда пунктов, попадающих в эти области, были разработаны методики краткосрочного прогноза максимальных уровней на основе метода соответственных уровней.

Метод соответственных уровней был выбран как наиболее соответствующий современному уровню развития сети гидрологических и метеорологических наблюдений в бассейне. Несмотря на простоту метода, в случае высокого паводка с резким подъемом показатель эффективности прогноза 8/ад достигает 0,3-0,4. Заблаговременность составляет от 1 до 3 суток.

12. В ходе исследования были получены множественные регрессионные зависимости среднего расхода воды стока за период с мая по июль от суммы осадков на репрезентативных метеостанциях за январь-апрель для 6 бассейнов высокогорных рек Терского бассейна. Для рек со значительной многолетней зарегулированностью характеристик стока расход воды в предыдущий год также был использован в качестве предиктора. Значения коэффициента корреляции полученных множественных регрессионных зависимостей составляют 0,6-0,8. И они могут быть использованы для долгосрочного прогноза объема стока за практически всю продолжительность многоводного периода (май-июль).

13. Возможность прогнозирования водного стока рек Терского бассейна в период спада половодья с помощью кривых спада ограничена быстрым временем добегания воды в бассейне. Использование данного метода возможно только после перехода рек на подземное питание, т.е. в период зимней межени. Подобные прогностические зависимости были построены для нескольких рек Терского бассейна. Наиболее точными являются зависимости среднемесячного расхода воды от среднего расхода воды в предыдущий месяц. Заблаговременность прогноза можно увеличить в среднем до 3-х месяцев, при этом показатель — будет увеличиваться, но а оставаться меньше 0,8.

14. Разработана физико-математическая модель таяния снега и льда в гляциально-нивальной зоне. Расчет таяния снега и льда ведется на основе уравнения теплового баланса. Входными данными для расчёта слоя таяния являются измеренные с часовым шагом по времени: 1)5^- суммарная коротковолновая радиация, приходящая на горизонтальную площадку, Вт/м2; 2) Еа - встречное излучение атмосферы, Вт/м ; 3) Т(Н) - температурный профиль долины, °С, и - скорость ветра, м/с; 5) даты выпадения осадков; 6) Цифровая модель рельефа, карта даты схода снежного покрова; информация о характере подстилающей поверхности. Расчет ведется по регулярной сетке в специальной программе, написанной на Фортране. Результатом расчёта являются почасовые значения слоя стаивания по регулярной сетке. Предлагаемая модель реализована в горно-ледниковом бассейне р. Джанкуат на основе материалов наблюдений ледникового отряда МГУ в период абляции 2007 г. Сравнение результатов расчёта слоя таяния по модели с натурными наблюдениями по сети реек показало хорошую воспроизводимость моделью измерений абляции для всей территории ледника. Систематического отклонения рассчитанных значений от измеренных не наблюдается, коэффициент корреляции равен 0,97. Модель таяния в нивально-гляциальной зоне позволяет также прогнозировать возможные изменения талого стока в связи с ожидаемыми изменениями климата и деградацией оледенения. При увеличении встречного излучения атмосферы вследствие усиления парникового эффекта на 1,5 Вт/м , увеличение температуры воздуха за период абляции на 4°С, увеличении площади моренного чехла на 180% и уменьшения прозрачности атмосферы на 5%, слой таяния ледника Джанкуат увеличится на 12—40 % в зависимости от высотной зоны. При этом если площадь ледника сократится на 30%, то объём стока с ледника увеличится на 8%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Рец, Екатерина Петровна, 2013 год

1. Агибалова В.В. Сели в Северной Осетии. Орджоникидзе.: «Ир», 1983. 112 с.

2. Акутина Ю.К. Исследование закономерностей процессов речного стока в бассейне реки Кубань с целью разработки методик краткосрочного прогноза. Курсовая работа. Рукопись, 2008.

3. Аполлов Б.А., Калинин Г.П., Комаров В.Д. Курс гидрологических прогнозов. Л.:Гидрометеоиздат. 1974. 419 с.

4. Барри Р.Г. Погода и климат в горах. JL: Гидрометеоиздат, 1984. 312 с

5. Бефани Н.Ф. Прогнозирование дождевых паводков на основе территориально общих зависимостей. JL: Гидрометеоиздат. 1977. 185 с.

6. Болгов М.В., Мишон В.М., Сенцова Н.И. Современные проблемы оценки водных ресурсов и водообеспечения. М.: Наука, 2005. 318 с.

7. Важное А.Н. Анализ и прогноз стока рек Кавказа. М.: Гидрометеоиздат, 1966. 275 с.

8. Вельтищев Н.Ф., Семенченко Б.А. Дистанционные методы измерений в гидрологии. М.: Изд-во МГУ, 2005. 130 с.

9. Владимиров A.M. Гидрологические расчеты. Д.: Гидрометеоиздат, 1990. 364 с.

10. Владимиров A.M. Минимальный сток рек СССР. Л., Гидрометеоиздат, 1970. 214 с.

11. Войтковский КФ.Володичева H.A. Эволюция ледниковой системы Эльбруса. В кн.: География, общество, окружающая среда. Том I. Структура, динамика и эволюция природных геосистем, М., Изд. Дом «Городец». С.377-395.

12. Волошина А.П. Тепловой баланс поверхности высокогорных ледников в летний период (на примере Эльбруса). М.: Наука, 1966. 150 с.

13. Гавардашвши Г.В. Прогнозирование эрозионных процессов в бассейне р.Дуруджи. // Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита. Труды международной конференции. Пятигорск: Институт «Севкавгипроводхоз», 2008. С. 270-273

14. Гелъфан А.Н. Динамико-стохастическое моделирование формирования талого стока. М., Наука, 2007. 294 с.

15. Голубев Г.Н. Гидрология ледников. Л.:Гидрометеоиздат, 1976. 248 с.

16. Голубцов В.В. Моделирование стока горных рек в условиях ограниченной информации. Алматы, 2010. 232 с.

17. Гриневич Г.А., Петелина H.A., Гриневич А.Г. Композиционное моделирование гидрографов. М.: Наука, 1972. 181 с.

18. Денисов Ю.М., Агалъцева H.A., Пак A.B. Автоматизированные методы прогнозов стока горных рек средней Азии. Ташкент, 2000. 160 с.

19. Имеретинская Низменность. Природно-геологические условия, проблемы освоения/ред. И.П.Балабанова. М.:«Издательский дом Недра», 2011. 281 с.

20. Кузьмин П.П. Процесс таяния снежного покрова. Л.:Гидрометеоиздат, 196 1. 346 с.26 .Кучмент Л.С., Гельфан А.Н. Динамико-стохастические модели формирования. М.: Наука, 1993. 104 с.

21. Кучмент JI.C. Демидов, В.М., Мотовилов Ю.Г., Смахтин В.Ю. Система физико-математических моделей гидрологических процессов и ее применение к задачам формирования стока. Водные ресурсы. № 5. 1986. С. 24-86

22. Кучмент Л.С., Романов П.Ю., Гелъфан А.Н. , Демидов В.Н. Оценка характеристик снежного покрова путем совместного использованиямоделей и спутниковой информации // Исследование Земли из Космоса. №4. 2009. С. 1-10.

23. Ледник Джанкуат (Центральный Кавказ) Под ред. И .Я. Боярского. Л.:Гидрометеоиздат, 1978. 183 с.

24. Лурье П. М. Гидрологическая роль гляциально-нивальной зоны Большого Кавказа // Доклады VI Всерос. гидрол. съезда. М.: Росгидромет, 2006. С. 263-266

25. Лурье П.М. Водные ресурсы и водный баланс Кавказа. С.П.: Гидрометиздат, 2002. - 500 с.

26. Лурье П. М., Панов В. Д. Современное оледенение Большого Кавказа и его эволюция в XX столетии // Доклады VI Всерос. гидрол. съезда. М.: Росгидромет, 2006. С. 267-271.

27. Лурье П.М, Панов В.Д., Ткаченко Ю.Ю. Река Кубань Гидрография и режим стока. С.П.: Гидрометиздат, 2005.

28. Михайлов В.Н., Михайлова М.В., Рец Е.П. Взаимодействие речных и морских вод и формирование дельты в приливной устьевой области р. Фрейзер (Канада)//Водные ресурсы. 2007, том 34. №5. с. 604-619

29. Наставления гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 6, ч. 1, Л.:Гидроетиздат 1957. 399 с.

30. Норватов A.M. Методические основы фонового долгосрочного прогноза летнего меженного стока рек лесостепной зоны европейской территории СССР / Труды ГГИ, Вып. 67, Л: Гидрометеоиздат, 1958.

31. Отчет по научно-исследовательской работе «Разработка схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р. Терек». Рук. Н.И. Алексеевский. Рукопись. М.: Географический факультет МГУ, 2006. 235 с.

32. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Том I Изменения климата. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). Москва, Росгидромет, 2008. 230 с.

33. Панов В.Д. Эволюция современного оледенения Кавказа. С-Петербург, Гидрометеоиздат, 1993. 431 с.

34. АО. Погорелое A.B. Снежный покров Большого Кавказа: Опыт пространственно-временного анализа. М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. 287 с.

35. АХ.Поповнин В.В., Розова A.B. Разрастание поверхностной морены на леднике Джанкуат как процесс, тормозящий абляцию // МГИ вып.98. С. 10-18

36. Ресурсы поверхностных вод СССР. Том 8, Северный Кавказ. Л.: Гидрометиздат, 1973. 446 с.

37. Рец E.U., Фролова Н.Л., Поповнин B.B. Моделирование таяния поверхности горного ледника/Лёд и Снег. №4. 2011. С. 24-31

38. Фролова Н.Л., Рец Е.П. Терек / Реки и озера мира. Энциклопедия. М.: ООО «Издательство «Энциклопедия», 2012. С. 673-678.

39. Руководство по гидрологическим прогнозам. Вып. 1, Долгосрочные прогнозы элементов водного режима рек и водохранилищ. -Л.:Гидрометиздат, 1989. 358 с.

40. Руководство по гидрологическим прогнозам. Вып. 2, Краткосрочный прогноз расхода уровня воды на реках. Л.:Гидрометиздат, 1989. 249 с.

41. Сейнова И.Б., Золотарев Е.А. Ледники и сели Приэльбрусья (Эволюция оледенения и селевой активности). М.:Научный мир, 2001. 204 с.

42. Семенов В.А. «Особенности климатических изменений стока рек равнинных и горных территорий Севера и Центра Евразии». // Доклады VI Всерос. гидрол. съезда. М.: Росгидромет, 2006.

43. Христофоров A.B. Надежность расчетов речного стока. М.: изд-во МГУ, 1993. 168 с.

44. Христофоров A.B. Теория случайных процессов в гидрологии. М.: изд-во МГУ, 1994. 143 с.5А. Христофоров A.B., Кармолдаев Ж.Ж. Сток горных рек в маловодный период, его расчеты и прогнозы. Бишкек: ИЛИМ, 1994. 147 с.

45. Христофоров A.B., Круглова Г.В., Самборский Т.В. Стохастическая модель колебаний речного стока в паводочный период. М.: изд-во МГУ, 1998. 146 с.

46. Христофоров A.B., Юмина Н.М., Кириллов A.B., Рец Е.П. Прогнозирование стока рек Терского бассейна//Водное хозяйство России. №4. 2007. С. 25-37

47. Черноморец С. С. Селевые очаги до и после катастроф. М.: Научный мир, 2005. 184 с.

48. Шелутко В.А. Численные методы в гидрологии. Л.:Гидрометиздат, 1991.238 с.

49. Шмакин А.Б., Турков В.Д., Михайлов А.Ю. Модель снежного покрова с учетом слоистой структуры и ее сезонной эволюции/ Криосфера Земли, 2009, т. XIII, № 4, С. 69-79

50. Юмина Н.М. Водный режим рек Северного Кавказа: Дисс. канд. геогр. наук, М., 2008. 193 с.61 .Юмина Н.М., Рец Е.П. Совершенствование системы мониторинга опасных паводков на реках Северного Кавказа/Водное хозяйство России. 2012. №1. С. 47-62.

51. Barry R.G. Mountaim weather and climate change, New York, Cambridge University Pres, 2008 532 p.

52. Bartelt P., Lehning M, A physical SNOWPACK model for the Swiss avalanche warning Part I: numerical model // Cold Regions Science and Technology. № 35. 2002. Pp. 123-145

53. Beran, M. & Rodier, J.A. Hydrological aspects of drought // Studies and reports in hydrology №. 39, UNESCO-WMO, Paris, France, 1985

54. Bindi, M., Miglietta, F., Zipoli, G. Different methods for separating diffuse and direct components of solar radiation and their application in crops growth models// Clim. Res. Vol. 2. 1992. Pp.47-54

55. Boland, J., Ridley, B. Models of Diffuse Solar Fraction // Viorel Badescu (Ed.) Modeling Solar Radiation at the Earth's Surface. Pp. 193-219

56. Brock В., Citterio M, Cutler M. Spatial and temporal patterns of thermal resistance and heat conduction on debris covered Miage Glacier, Italian Alps // Geophysical Research Abstracts. Vol. 8. 2006

57. Climate and Hydrology in Mountain Areas. / Ed. C. de Jong, D. Collins, R. Ranzi. John Wiley & Sons Ltd, 2005. 350 p.

58. Clauser C. Huenges E. Thermal Conductivity of Rocks and Minerals//Rock Physics and Phase Relations A Handbook of Physical Constants AGU Reference Shelf 3. 1995, Pp. 105-126

59. Corripio J.G. Modelling the energy balance of high altitude glacierised basins in the Central Andes. PhD thesis, manuscript, 2002

60. Corripio J.G., Purves R.S. Surface Energy Balance of High Altitude Glaciers in the Central Andes: the Effect of Snow Penitentes Basins // Climate and Hydrology in Mountain Areas. Edited by C. de Jong, D. Collins and R. Ranzi, 2005. Pp. 15-27

61. DeWalle D.R., Rango A. Principles of snow hydrology. Cambridge University Press. 2008. 428 p.

62. Dyurgerov M. Glacier Mass Balance and Regime: Data of Measurements and Analysis. University of Colorado Institute of Arctic and Alpine Research, Occasional Paper 55, 2002. 273 p.

63. Encyclopedia of Snow, Ice and Glaciers/ Ed. V.P. Singh, P. Singh, U.K. Haritashya. Springer, 2011. 1300 p.

64. Gar en D. C., Marks D. Spatially distributed energy balance snowmelt modelling in a mountainous river basin: estimation of meteorological inputs and verification of model results // Journal of Hydrology. № 315. 2005. Pp. 126153

65. Hagg W., Braun L.N., Kuhn M., Nesgaard T.I. Modelling of hydrological response to climate change in glacierized Central Asian catchments // Journal of Hydrology № 332. 2007. Pp. 40- 53

66. Konz M. HBV3-ETH9 User Manual. Kommission fur Glaziologie der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Freiburg, 2003. 29 p.

67. Lastoria B. Hydrological processes on the land surface: A survey of modelling approaches / FORALPS Technical Report, 9. Universita degli Studi di Trento, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Trento, Italy, March 2008. 561. P

68. Letsinger S.L., Olyphan G. A. Distributed energy-balance modeling of snow-cover evolution and melt in rugged terrain: Tobacco Root Mountains, Montana, USA // Journal of Hydrology № 336. 2007. Pp. 48- 60

69. Munro D. S., Marosz-Wantuch M. Modeling Ablation on Place Glacier, British Columbia, from Glacier and Offglacier Data Sets // Arctic, Antarctic, and Alpine Research. Vol. 41. № 2. 2009. Pp. 246-256

70. Nova J.C., Cunha J.B., de Moura Oliveira P.B. Solar Irradiation Forecast Model Using Time Series Analysis and Sky Images / EFITA/WCCA Joint Congress on IT in Agriculture 2005. Pp. 1408-1415

71. Pohl S., Marsh P., Bonsai B.R. Modeling the Impact of Climate Change on Runoff and Annual Water Balanceof an Arctic Headwater Basin // Arctic Vol. 60. №2. 2007. Pp. 173-186

72. Ranzi R., Grossi G., GittiA., Taschner S. Energy and mass balance of the mandrone Glacier (Adamello, Central Alps) // Geogr. Fis. Dinam. Quat. № 33. 2010. Pp. 45-60

73. Uhlenbrook S. TetzlaffD. Operational Weather Radar Assessment of Convective Precipitation as an Input to Flood Modelling in Mountainous Basins // Climate and Hydrology in Mountain Areas. Edited by C. de Jong, D. Collins and R. Ranzi, 2005. Pp. 233-246

74. Weber M., Braun L., Mauser W., Prasch M. Contribution of rain snow- and icemelt in the upper Danube discharge today and in future // Geogr. Fis. Dinam. Quat. № 33. 2010. Pp. 221-230

75. Yablonskiy V. V., Tishchenko A.S. Debris flows in the Ukraine: some results of field and experimental studies//Erosion, Debris Flows and Environment in Mountain Regions. IAHS Publ. № 209, 1992. Pp. 361-367

76. Zekai, S. Solar Energy Fundamentals and Modeling Techniques, Atmosphere, Environment, Climate Change and Renewable Energy, Springer-Verlag London Limited, 2008. 276 p.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.