Прогнозирование весеннего стока для предупреждения риска затопления территории

• Автор: Апухтин, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 25.00.27
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Современное состояние проблемы изучения и прогнозирования максимального стока
1.2 Общие представления о возможности возникновения наводнений
1.3 Формирование максимального стока и методы его
прогнозирования
1.4. Методы изучения изменений условий формирования весеннего
стока
1.5 Предлагаемая принципиальная схема и алгоритм мониторинга и прогнозирования половодья
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕНЕЗИСА ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКИХ УРОВНЕЙ ВОДЫ
2.1 Физико-географические условия формирования максимального стока
2.1.1 Физико-географическая характеристика бассейна р. Сейм
2.1.2 Физико-географическая характеристика бассейна р. Оскол
2.2 Современные изменения условий формирования элементов весеннего половодья
3 ДОЛГО И СРЕДНЕСРОЧНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ПОЛОВОДЬЯ
3.1 Анализ риска затопления территории талыми водами
3.2 Долгосрочное прогнозирование водности предстоящего половодья и расчет максимальных уровней воды
3.3 Среднесрочное прогнозирование максимальных расходов и предстоящего половодья и расчет максимальных уровней воды
4.КРАТКОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ СТОКА
4.1 Краткосрочный прогноз максимальных уровней и времени их наступления для г.п. р. Оскол - р.п. Раздолье
4.2 Краткосрочный прогноз максимальных уровней воды половодья и времени их наступления для р
4.3 Краткосрочный прогноз затопления территории г. Ст. Оскол, обусловленного функционированием водохранилища
5. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ ПРЕДЛОЖЕНОЙ СХЕМЫ
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОЛОВОДЬЯ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Прогнозирование возможности возникновения опасных разливов на реках является сложной многоуровневой задачей, актуальность которой обусловлена состоянием современных хозяйственных систем, их уязвимостью. В зонах, подверженных негативному влиянию паводков и половодий находится большое количество населенных пунктов, критически важных и потенциально опасных объектов инфраструктуры, промышленных предприятий и сельскохозяйственных угодий.
При этом, ущерб от наводнений зависит не только от уровня воды в водоемах и водотоках, а определяется в значительной степени предсказуемостью предстоящего половодья или паводка. Наличие заблаговременной и достаточно точной прогнозной информации позволяет рационально спланировать и провести превентивные мероприятия по недопущению, либо минимизации ущерба от наводнений.
Особое значение имеет изучение современных изменений условий формирования максимального стока. Их недоучет или игнорирование может приводить к значительным ошибкам прогнозов и тем самым снижать эффективность всей совокупности мероприятий по подготовке к половодью.
Цель работы - разработка многоуровневой системы мониторинга и прогнозирования максимальных расходов и уровней воды на основе применения актуальных методов гидрологических прогнозов, собранных данных многолетних гидрометеорологических наблюдений весеннего половодья и с учетом современных изменений стокоформирующих факторов.
Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:
- разработка принципиальной многоуровневой схемы мониторинга и прогнозирования весеннего стока;
- выявление основных природных и антропогенных факторов изменения элементов весеннего половодья, характерных для настоящего времени на основе сбора и статистического анализа данных многолетних метеорологических и гидрологических наблюдений;

- разработка алгоритмов и моделей долго-, средне- и краткосрочного прогнозирования максимальных расходов и уровней воды с различным генезисом формирования;
- разработка рекомендаций по совершенствованию системы мониторинга и прогнозирования весеннего стока и зон затопления с применением современного инструментария и методов контроля.
Объект исследования - реки и максимальный сток с их водосборов.
Предмет исследования - природные факторы и хозяйственная деятельность, определяющие режим формирования максимального стока и риска затопления территории.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Многоуровневая система мониторинга и прогнозирования максимальных расходов и уровней воды весеннего половодья.
2. Результаты изучения современных изменений условий формирования максимального стока.
3. Оценка риска затопления территории в многолетней перспективе и в условиях конкретного года.
4. Алгоритм и основные зависимости для краткосрочного прогнозирования расходов и уровней воды, а также времени их наступления.
5. Рекомендации по организации системы мониторинга и прогнозирования развития половодья с применением современных средств контроля и связи.
Теоретическая и методологическая база исследований
Методологической основой исследования являются современные представления о генезисе формирования максимального стока, развиваемые ведущими отечественными школами и научно-исследовательскими организациями в области гидрологии суши, инженерной и прикладной гидрологии, а также гидрологических прогнозов.
Выбор методов исследования определен результатами исследований
Аполлова Б.А., Вершининой Л.К., Георгиевского Ю.М., Дружинина В. С
Евстигнеева В.М., Калинина Г.П., Комарова В.Д., Крестовского О.И., Кучмента

Приведенное районирование отражает условия формирования потерь на водосборах средних и небольших размеров (2— 20 тыс. км2), находящихся в пределах однородных районов. Крупные репные бассейны могут располагаться в 2—3 районах и более. В таких случаях целесообразно разрабатывать прогностические зависимости раздельно по частям бассейна. При этом каждая из частей бассейна может характеризоваться стоком с типичного небольшого водосбора, расположенного в одном однородном по условиям формирования потерь талых вод районе. Тогда сток с крупного речного бассейна может рассчитываться и прогнозироваться по данным о стоке с типичных водосборов [Вершинина и др., 1985].
Среди факторов, формирующих величину суммарных потерь талого стока, так же можно выделить следующие:
-суммарное испарение с поверхности снега, воды и почвы;
-потери талого стока на поверхностное задержание;
-потери на пополнение грунтовых вод и некоторые другие.
Характеристика и приближенные методы их прогноза изложены в [Вершинина, 1974; Вершинина, Крестовский, 1980; Вершинина и др., 1985; Георгиевский, Шаночкин, 2007; Гусев, 1993; Калюжный, Павлова,1981; Кучмент и др., 2006; Моделирование
В настоящее время долгосрочный прогноз слоя стока весеннего стока производится на основе следующих методов:
1) воднобалансового метода;
2) физико-статистического водобалансового метода;
3) статистических методов.
Основные положения воднобалансового метода были сформулированы в трудах Крестовского О.И. [Крестовский, 1969, 1972]. Метод основывается на применении уравнений (8) и (9).
Большую роль в развитии данного метода сыграли работы ГГИ по дифференцированному расчету и прогнозу составляющих потерь весеннего стока. В этом случае расчет рекомендуется выполнять раздельно для полевых и лесных частей водосбора [Георгиевский, Шаночкин, 2007].