Пояснительная записка к Книге 1 «Общая характеристика бассейнов рек бассейна Балтийского моря


Приложение А. Комплексный статистический анализ динамики водности рек



жүктеу 1.53 Mb.
бет11/12
Дата02.04.2019
өлшемі1.53 Mb.
түріПояснительная записка
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

Приложение А. Комплексный статистический анализ динамики водности рек


1) Приведение к многолетнему периоду

По данным наблюдений в гидрометрических створах было выполнено приведение к многолетнему периоду рядов годового стока по постам р. Лендерка - пос. Лендеры и р. Омельян-Йоки – д. Емельяновка.

При выборе пунктов–аналогов для целей приведения гидрологических характеристик к многолетнему периоду основным критерием является наличие синхронности в колебаниях речного стока расчетного створа и створов–аналогов, которая количественно выражается через коэффициент парной или множественной (при одновременном использовании нескольких аналогов) корреляции.

При выборе пунктов-аналогов учитывается как возможно большая продолжительность наблюдений в этих пунктах, так и более тесные связи между стоком в приводимом к многолетнему периоду пункте и стоком в пунктах-аналогах.

При восстановлении значений стока за отдельные годы производилась статистическая оценка значимости и устойчивости получаемых решений с определением случайных и систематических погрешностей выполненных расчетов (СП 33-101-2004, Методические…, 2007 а, Методические …, 2007 б). Приведение гидрологических рядов к многолетнему периоду осуществлялось аналитическими методами, основанными на регрессионном анализе с привлечением одного или нескольких пунктов – аналогов на различных временных интервалах. При этом соблюдались следующие условия:


n6-10; RRкр; R/RAкр; k/kBкр ; у/yСкр

(А.1)

где n - число совместных лет наблюдений в приводимом пункте и пунктах - аналогах (n  6 при одном аналоге, n  10 при двух и более аналогах) или количество пунктов-аналогов при восстановлении с привлечением кратковременных наблюдений (при n < 6); R - коэффициент парной или множественной корреляции между значениями стока исследуемой реки и значениями стока в пунктах – аналогах, а также коэффициент парной корреляции между стоком конкретных лет; k - коэффициенты уравнения регрессии; k - средняя квадратическая погрешность коэффици-ента регрессии, Rкр – критическое значение коэффициента парной или множественной корреляции (задавалось 0.7); у – восстановленное значение рассматриваемой гидрологической характеристики; y – средняя квадратическая погрешность восстановленного значения гидрологической характеристики, Aкр, Bкр и Скр – соответственно критические значения отношений R/R , k/k и у/y (задавалось  2.0, что обеспечивало по крайней мере 95%-ный уровень надежности расчетов). Если хотя бы один из коэффициентов уравнения регрессии не удовлетворял условию (А.1), то это уравнение не использовалось для приведения к многолетнему периоду.

Поэтапное использование нескольких аналогов значительно расширяет возможности приведения и делает его более качественным по сравнению с методами, в которых используется дополнительная информация в одном пункте–аналоге. Последовательность приведения к многолетнему периоду состоит в следующем:



  • все уравнения, удовлетворяющие условиям (А.1), располагаются в порядке убывания коэффициентов корреляции;

  • восстанавливаются годичные значения стока приводимого пункта за период совместных наблюдений в пунктах - аналогах по уравнению с наибольшим значением коэффициента корреляции;

  • далее используется уравнение регрессии, коэффициент корреляции которого меньше предыдущего, но больше всех остальных. По данному уравнению восстанавливаются годичные значения гидрологической характеристики, которые не были восстановлены ранее;

  • поэтапное восстановление годичных значений стока продолжается до тех пор, пока не будут использованы все уравнения регрессии, удовлетворяющие условиям (А.1).

Программой расчетов предусматривается возможность автоматического поиска наиболее эффективных аналогов для каждого пункта приведения в бассейне.

На завершающем этапе особое внимание уделялось оценке точности полученных решений, оценке значимости коэффициентов регрессии и коэффициентов множественной корреляции. Оценка эффективности восстановленных данных осуществляется на основании полученных коэффициентов парной или множественной корреляции, которые должны быть выше заданных критических значений. Кроме того, эффективность процедуры восстановления отсутствующей гидрометеорологической информации определяется по фактически полученным значениям отношений R/R ; k/k ; у/у.

При малом коэффициенте корреляции анализировались графические зависимости, чтобы выяснить причину отклонения точек от линии регрессии и принять соответствующее решение. Если логика анализа позволяет исключить эти точки из рассмотрения, весь расчет повторяется без них, а полученные результаты вновь анализируются. Если полученное решение по той или иной причине не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к поставленной задаче, используется новый набор аналогов или заменяется частично со всеми дальнейшими расчетами по восстановлению, а также последующим анализом.

Устойчивость и надежность восстановленных данных определяется не только объемом исходных данных за совместный с аналогами период наблюдений, но и объемом информации, эквивалентной наблюденным данным. При оценке случайных средних квадратических погрешностей расчетных параметров речного стока, а также в других случаях необходимо учитывать объем информации, эквивалентной наблюденным данным, который определяется соответственно для среднего значения и среднего квадратического отклонения.

При поэтапном восстановлении гидрологических характеристик - с использованием различных уравнений регрессии с последовательно уменьшающимися коэффициентами корреляции - объем восстановленных данных рассчитывается суммированием по каждому уравнению регрессии.

2) Оценки трендов и их значимости

Для определения масштаба и знака наблюдавшихся за период наблюдений тенденций изменения годового стока рек был использован метод линейного тренда. Анализ направленных изменений в многолетних рядах годовых расходов воды, в соответствии с принятым методическим подходом, заключался в расчете параметров линейных трендов за весь период наблюдений и в оценке статистической значимости линейных трендов в соответствии с рекомендациями, изложенными в работе (Поляк …, 1975). При этом для принятия гипотезы о наличии линейного тренда был принят 95%-ный уровень значимости. Дисперсия ошибки оценивания линейного тренда (σβ2) определялась по формуле (2.2). В настоящей работе статистически значимыми на 95%-ном уровне значимости принимались только те из них, для которых выполнялось условие /β/ > 2σβ.





(А.2)


где σ - среднее квадратическое отклонение рассматриваемой гидрологической характеристики; N – число лет в изучаемом временном интервале.

3) Оценка параметров и квантилей распределения годового стока рек в пунктах гидрометрических наблюдений

С использованием данных по годовому стоку в гидрометрических створов, приведенных к многолетнему периоду строились эмпирические и аналитические кривые распределения ежегодных вероятностей превышения. Использовалась клетчатка вероятностей нормального закона распределения, на которой кривые обеспеченности нормального закона представляются в виде прямых линий. Для сглаживания и экстраполяции эмпирических кривых распределения ежегодных вероятностей превышения (кривых обеспеченностей) применяются следующие трехпараметрические распределения: Крицкого-Менкеля при любом отношении Сs/Сv и распределение Пирсона III типа (биномиальная кривая) при Сs/Сv  2. Оценки выборочных параметров аналитических кривых распределения (среднее многолетнее значение , коэффициент вариации Сv и отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации Cs/Cv), определялись по рядам наблюдений методом приближенно наибольшего правдоподобия и методом моментов. Более подробные сведения по оценке выборочных параметров и квантилей распределения можно найти в литературе (СП 33-101-2004; Рекомендации… 2007, Рекомендации… 2008, Рекомендации… 2009).



4) Внутригодовое распределение стока

В распределении стока рек в течение года определяющую роль играют климатические факторы. Общая увлажненность бассейнов, характеризующаяся годовой суммой осадков, особенностью их выпадения в разные сезоны, включая интенсивность и продолжительность; температура воздуха, определяющая вид осадков (жидкие или твердые); испаряемость, от которой зависит верхний предел испарения с суши и которая в свою очередь определяется радиационным балансом; влажность воздуха – главные факторы внутригодового распределения стока. Поскольку пространственные изменения климатических характеристик подчиняются определенным закономерностям, то в определенной степени эти закономерности должны отражаться и в водном режиме рек. Однако, механизм преобразования осадков, выпавших на водосбор, в речной сток чрезвычайно многообразен и зависит от факторов подстилающей поверхности, к которым относятся растительный и почвенный покров, геоморфологические и гидрогеологические условия, озерность, заболоченность и др. В зависимости от их особенностей распределение стока конкретных водотоков может существенно отличаться от водного режима рек, характерного для региона с одинаковыми климатическими условиями. Например, хорошо известно регулирующее влияние на внутригодовой ход стока озер, леса, болот, легкопроницаемых почво-грунтов. Из перечисленных выше факторов на водный режим рек рассматриваемой территории наиболее значительное воздействие оказывают озера.



Весеннее половодье является наиболее многоводной фазой водного режима и составляет 40-50% годового стока. Половодье обычно имеет один пик, исключением являются годы, когда наблюдается значительный возврат холода, приводящий к временному снижению интенсивности снеготаяния и спаду уровней с последующим повышением при потеплении. В некоторые годы двух- и даже трехпиковые половодья обусловлены выпадающими осадками, которые, накладываясь на спад весеннего половодья, вызывают повышение уровня и стока.

Подъемы уровня от снеготаяния начинаются в среднем в третьей декаде апреля, в ранние весны в первой декаде апреля. Интенсивность подъема зависит от водности весны, естественной зарегулированности и особенностей морфометрии русла. Для весеннего половодья характерен сначала медленный подъем уровня воды 5-15 см/сутки, затем интенсивность возрастает до 30-60 см/сутки. Подъем уровня в истоках и на небольших реках обычно проходит за 13-18 дней, а на более крупных реках и реках с большим процентом озерности – за 20-35 дней. Наивысших уровней половодье обычно достигает в первой декаде мая, за исключением больших рек и рек, вытекающих из озер, где пик половодья проходит во второй декаде мая. Пик половодья держится 1-3 дня, затем начинается медленный спад, который заканчивается в июне-августе в зависимости от характера реки. Спад обычно продолжается от 30 до 60 дней, это в 2-2,5 раза дольше, чем подъем. Общая продолжительность половодья в среднем от 40 до 100 дней. Превышение наивысшего уровня весеннего половодья над низшим летним составляет для больших рек 3-5 м, для средних и малых, а также для рек с большим процентом озерности – 1,5-2 м. Наивысшие уровни весеннего половодья являются, как правило, наивысшими годовыми.



Летняя межень на большинстве рек начинается с конца спада половодья и нарушается подъемами уровня от дождей. Четко выделяется летняя межень только на реках с малым процентом озерности (до 5%). На таких реках дождевые паводки выделяются более четко. В отдельные годы подъемы от дождей приближаются к высшим уровням половодья. Низшие уровни летней межени наблюдаются в августе-сентябре. На ряде рек естественный ход уровня воды в летний период, и даже на спаде половодья, искажается работой лесосплавных плотин. На некоторых малых и средних реках в вегетационный период наблюдается зарастание русла водной растительностью, создающее подпор уровня воды.

Осенне-зимний период обычно начинается в конце сентября – начале октября подъемом уровня от дождей, превышающим летнюю межень до 1 м. На многих реках с появлением ледовых образований образуются зажоры. На участках рек, расположенных вблизи истоков из озер, в осеннее-зимний период наблюдается изъятие стока на ледообразование.

Зимней межени свойственен медленный спад уровней, характеризующий иссякание стока. В некоторые зимы плавный ход уровней нарушается незначительным подъемом от оттепелей и очень редко от зажоров. Продолжительность зимней межени для большинства рек 130-150 дней. Низшие уровни обычно наступают в конце марта – начале апреля и являются, как правило, низшими годовыми.

Годовая амплитуда колебаний уровня воды на больших реках достигает 3-5 м, а на малых 1-2 м.





Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет