Моделирование динамики стока и эволюции объектов гидросферы суши для целей информационной поддержки управления природопользованием на региональном уровне

• Автор: Смолина, Светлана Георгиевна
• Шифр специальности: 05.13.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Методика моделирования региональных характеристик стока и показателей экологического состояния регионов, зависящих от стока

1.1. Существующие цели прогноза стока.

1.2. Основные методы моделирования стока для решения задач прогноза и управления в водном хозяйстве и гидротехнике.
1.3. Проблемы учета региональной специфики управления природопользованием и водопользованием. Специфические особенности динамики сложных систем и возможности их формализации
1.4. Базовые принципы методологии интегрального моделирования. Эффект аутостабилизации в природе и в моделях.

1.5. Минимальные модели.

1.6. О возможности применения системного анализа для формального описания природного территориального комплекса

1.7. Обзор методов интегрального геоэкологического моделирования

и прогнозирования. Существующие методы моделирования стока

1.8. Выводы.

Глава 2. Моделирование поверхностного стока, пополнения грунтовых водозапасов и морфодинамики гидросети.
2.1. Общие принципы.
2.2. Моделирование динамики стока. Моделирование поверхностного стока и пополнения грунтовых водозапасов
2.3. Моделирование фунтового стока и грунтовых водозапасов
2.3.1. Моделирование динамики грунтовых вод и грунтового питания
2.3.2. Влияние внутригодовой неравномерности осадков на формирование стока.
2.4. Моделирование влияния растительности на сток, увлажнение территории и характеристики приземного микроклимата.
2.4.1. Моделирование влияния растительности на температуру приземного слоя воздуха и скорость ветра
2.4.2. Моделирование влияния леса на структуру стока.
2.4.3. Моделирование влияния растительности на испарение.
2.4.4. Моделирование влияние леса на осадки. Результирующее влияние леса на сток
2.5. Моделирование процессов эрозии и динамики верхних звеньев гидросети. Описание блока морфодинамики гидросети.
2.5.1. Имитационная модель интенсивности склоновых процессов.
2.5.2. Система гидросети и сети временных водотоков. Параметры распределения по глубинам и моделирование их динамики во времени.
2.5.3. Моделирование изменений густоты овражнобалочнодолинной сети
2.5.4. Изменения ширины днищ и крутизны бортов долин. Оценки и возможности их моделирования
2.5.5. Блок морфодинамики гидросети как минимальная модель динамики густоты и глубины расчлененности рельефа. Исследование с помощью пространственной модели развития эрозионной сети.
2.5.5.1. Постановка задачи. Описание пространственной модели развития эрозионной сети
2.5.5.2. Верификация модели
2.5.5.3. Результаты имитационных экспериментов.
2.5.6. Некоторые вопросы верификации блока морфодинамики гидросети.
2.5.7. Учет неоднородности территории при оценке и моделировании динамики состояний элементов природных территориальных комплексов.
2.5.7.1. Типы местности в пределах регионов и основные принципы моделирования динамики геоэкосистем с учетом неоднородности территории
2.5.7.2. Понятие структурной однородности территории и проблемы ландшафтного районирования для информационного обеспечения модели
2.6. Моделирование динамики заболоченности
2.7. Моделирование динамики мерзлотных условий
2.7.1. Общая постановка задачи
2.7.2. Основные переменные и концептуальная схема построения модели
2.7.3. Основные зависимости блока динамики мерзлотных условий
2.7.4. Моделирование динамики термокарста
2.7.5. Верификация блока динамики мерзлотных условий.
2.8. Общая структура модели стока
2.8.1. Схема строения модели динамики стока и составляющих
2.8.2. Программная реализация модели стока.
2.8.3. Функциональная схема программной реализации модели
Глава 3. Верификация модели динамики вод суши.
3.1. Верификация блока на примере моделирования ряда локальных ситуаций.
3.2. Верификация блока на примере моделирования динамики стока
Волги с по гг
Глава 4. Примеры использования модели для решения практических задач.
4.1. Прогноз изменений стока и морфодинамики гидросети вследствие глобального потепления климата для оценки перспектив развития речного транспорта России
4.2. Использование прогнозов изменений морфодинамики гидросети в Северных районах Тюменской области СРТО вследствие глобального потепления для оценки проблем газовой отрасли.
4.2.1. Ключевые проблемы работы отрасли на территории Западной Сибири, обусловленные спецификой природных условий
4.2.2. Опасные природные явления на территории севера Западной Сибири, влияющие на функционирование газовой промышленности. Природные явления, влияющие на переходы газопроводов через реки
4.2.3. Влияние изменений климата на функционирование газовой промышленности
4.2.4. Формулировка задачи для геоэкологических исследований с целью оценки влияния глобального потепления на функционирование газовой промышленности
4.3. Общая характеристика геоэкологических и геокриологических условий севера Западной Сибири и прогноз их изменений в результате
глобального потепления
4.4. Проблемы транспортировки газа и их возможное обострение в связи с изменениями природной среды вследствие глобального потепления
4.4.1. Участки переходов газопроводов через реки
4.4.2. Линейные участки газопроводов
4.4.3. Проблемы освоения новых месторождений в условиях изменения природной среды вследствие глобального потепления климата.
4.4.4. Выводы.
Заключение
Литература


С помощью статистических моделей невозможно спрогнозировать изменения стока в случае достаточно радикальных изменений климата и других стокообразующих факторов. В силу принципиальной ограниченности чисто стохастических моделей не прекращались попытки построения динамических моделей , , 5, 6. Детальные физикоматематические модели гидрологических процессов строятся на основе общих теоретических результатов гидрофизики и гидромеханики 8, 0. Это упрощает задание параметров модели при антропогенном изменении характеристик водосбора. Развитые физикоматематические модели гидрологического цикла, описывающие основные процессы, в которые входят измеряемые и изменяющиеся в результате деятельности человека физические константы гидрологической системы, позволяют воспроизводить и возможные антропогенные изменения гидрологических характеристик. Необеспеченность этих моделей информацией о параметрах, особенно для больших водосборов, является основным препятствием для широкого использования физикоматематических моделей гидрологических процессов, что является проявлением общих проблем моделирования и в других областях. В условиях недостатка данных появляются упрощенные физикоматематические модели с агрегированием физических констант. К таким моделям относится, например, модель для талого и дождевого стока . Упрощенным физикоматематическим моделям близки по структуре модели, называемые концептуальными, типа черного ящика, когда параметры определяются на основе наблюдений на входе и выходе гидрологической системы и используются теоретические представления концепции и априорные зависимости 7, 6. Реализации подобных тенденций построения упрощенных моделей посвящен целый ряд работ отечественных и зарубежных авторов, исследующих проблемы влияния климатических изменений на сток в районах с дефицитом воды , , , 5, 6, 5. Ключевым моментом в них является оценка испарения при тех или иных значениях осадков и температуры. Однако и здесь попытки уточнения соответствующих моделей приводят к необходимости учета среднемесячной температуры воздуха, количества осадков, облачности, альбедо, суммарной радиации, среднемесячных значений влагосодержания почвы. Очевидно, что подобная информация не может быть обеспечена на достаточно большом промежутке времени существующими методами метеорологического прогноза. Проблемы учета региональной специфики управления природопользованием и водопользованием. Системный анализ с момента своего появления был альтернативой редукционизму, который отождествлял более углубленное изучение явлений с дроблением изучаемого объекта на все более мелкие части. Системный анализ рассматривает интегральные свойства объекта, его целостность по отношению к окружающему миру, его реакции на внешние воздействия. С другой стороны, в связи с изучением проблем управления системный анализ всегда был ориентирован на возможно более полную формализацию своих теоретических и прикладных методов, поэтому его применение помогает найти адекватное формальное описание объекта, в частности, природного территориального комплекса. Большинство исследователей единодушно относят понятие система к тем объектам, которые несводимы к сумме элементов. Элементы, объединенные в систему, выступают и воспринимаются как единое целое, при этом связь элементов внутри системы значительно сильнее, чем их связь с элементами других систем. Взаимодействие между собой элементов различных систем всегда опосредовано и контролируется взаимодействием самих систем. Отсюда вытекает, что специфику системы определяют, прежде всего, ее интегральные характеристики, а в строении системы существенны, в первую очередь, связи между элементами, т. Каждая система входит в качестве элемента в систему более высокого уровня. Изучая интегральные характеристики системы в соответствии с системной методологией, надо обращать внимание на те из них, которые определяют ее свойства как элемента системы следующего ранга. Таким образом, системный подход намечает и целесообразные пределы обобщения, и целесообразные пределы редукции.