Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Диссертационная работа:

Семенова Ольга Михайловна. Анализ и моделирование процессов формирования стока в малоизученных бассейнах : на примере бассейна р. Лены : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.27 / Семенова Ольга Михайловна; [Место защиты: Рос. гос. гидрометеорол. ун-т (РГГМУ)].- Санкт-Петербург, 2008.- 216 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/807

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Современные концепции в задаче детерминированного моделирования и расчетов процессов формирования стока 13

1.1 Общепринятые методы описания процессов формирования стока 14

1.2 Гидрологическая модель процессов формирования стока «Гидрограф» 24

1.2.1 Принцип универсальности > 26

1.2.2 Задача пространственной схематизации речного бассейна 27

1.2.3 Описание динамики влаги в ненасыщенной зоне 31

1.2.4 Фазовые переходы 32

Выводы по главе 1 34

Глава 2. Информационное обеспечение модели формирования стока... 35

2.1 Особенности процессов формирования стока в бассейне р. Лены 36

2.2 Объекты моделирования 42

2.3 Схематизация бассейна 44

2.4 Выделение стокоформирующих комплексов в бассейне р. Лены 47

2.5 Система параметров модели формирования стока «Гидрограф» 54

2.6 Методика определения скорости и времени добегания 60

2.7 Методика интерполяции осадков в бассейнах со сложным рельефом 63

Выводы по главе 2 69

Глава 3. Методика учета влияния крупного водохранилища на процессы формирования стока (на примере Вилюйского водохранилища) 71

3.1 Описание бассейна Вилюйской ГЭС 71

3.2 Стандартные расчеты и методы прогноза стока при эксплуатации водохранилищ...72

3.2.2 Оценка адекватности стандартных традиционных методик в условиях малоизученных бассейнов 73

3.3 Методика прогноза стока на основе моделирования процессов формирования стока 75

3.4 Алгоритмическая структура моделирующего блока «Водохранилище» 77

3.5 Моделирование притока воды в Вилюйское водохранилище 80

3.6 Результаты моделирования процессов формирования стока в бассейне Вилюйской ГЭС 82

Выводы по главе 3 85

Глава 4. Результаты моделирования процессов формирования стока в бассейне р. Лены 87

4.1 Анализ критериев оценки результатов моделирования стока 87

4.2 Результаты моделирования стока 91

Выводы по главе 4 109

Заключение 111

Литература 112

Приложение 1. Схемы бассейнов 121

Приложение 2. Характеристики РТ в бассейне р. Лены и его частных водосборах 126

Приложение 3. Параметры стокоформирующих комплексов в бассейне р. Лены и его частных водосборах 144

Приложение 4. Материалы для определения скорости и времени добегания в бассейне р. Лены 175

Приложение 5. Годовые нормы осадков для РТ бассейна р. Лены и его частных водосборов 187

Приложение 6. Результаты моделирования стока в бассейне р. Лены.. 191

Приложение 7. Программный комплекс модели «Гидрограф» 204

Приложение 8. Основные расчетные формулы 207 

Введение к работе:

Актуальность темы Физически обоснованное распределенное моделирование является своего рода квинтэссенцией современной гидрологической науки. Очевидно, что оно лежит в основе дальнейшего развития методов описания гидрологических явлений, расчетов и прогнозов стока.

Международной ассоциацией гидрологических наук в качестве одного из приоритетных направлений развития гидрологии в текущем десятилетии (2003-2013 гг.) назван проект PUB {Predictions in Ungauged Basins) - гидрологические расчеты в неизученных бассейнах.

Главной целью этого международного проекта является создание и развитие новых гидрологических моделей, основанных на понимании процессов и явлений, а не калибровке данных измерений.

Среди основных задач проекта PUB указывается совершенствование знаний и понимания влияния климатических факторов и особенностей подстилающей поверхности на гидрологические процессы всех масштабов в целях уменьшения неопределенностей в гидрологических расчетах и прогнозах.

В связи с этим создание универсальной детерминированной распределенной моделирующей системы для описания состояния речного бассейна и его пространственно-временной динамики, а также накопление в базах данных информации о водосборах и ее систематизация приобретают особую актуальность.

Моделирующая система, пригодная для характеристики процессов формирования стока в любом бассейне Земли, в совокупности с параметрическим информационным обеспечением кроме значимости для фундаментальной науки должна иметь вполне конкретные технические приложения. Среди них - долгосрочные и краткосрочные прогнозы стока, исследования влияния изменений климата, ландшафтов или экологической ситуации на состояние бассейнов.

Проблемы моделирования и прогноза стока речных бассейнов (прежде
всего для региона Восточной Сибири) имеют также важное прикладное
значение для решения ряда задач, связанных с обеспечением безопасности,
оптимального функционирования гидротехнических сооружений,

установлением сроков навигации, а также с устойчивым энергообеспечением населения и объектов экономики.

Оценки современного состояния и направлений развития распределенного детерминированного моделирования в гидрологии, даваемые разными гидрологическими школами, неоднозначны, а порой и противоречивы.

Для качественного описания и численного моделирования гидрологических систем к настоящему времени разработан широкий спектр

подходов и соответствующих математических моделей. Следует признать, тем не менее, что указанные подходы не имеют универсального характера и ориентированы на моделирование конкретных речных бассейнов или отдельных процессов, формирующих сток. Главным недостатком здесь нам представляется преобладание технологий калибровки, что принципиальным образом ограничивает возможности их априорного использования на слабо изученных бассейнах.

В общетеоретическом плане следует иметь в виду, что ориентация на разработку изолированных моделей, пригодных для описания формирования стока только в одном данном водосборе или даже в группе водосборов со сходными условиями, противоречит принципиальному положению, согласно которому физика процессов формирования стока едина для всей поверхности суши.

Таким образом, степень универсальности алгоритмов модели следует признать важнейшим критерием научной значимости методологии, в большой мере отражающим ее адекватность описываемым природным явлениям и предполагаемым применениям.

Целью диссертационной работы является развитие методов анализа, информационного обеспечения и моделирования процессов формирования стока в условиях слабой изученности речных бассейнов разных масштабов и сложной структуры рельефа и ландшафтов (на примере бассейна р. Лены).

В соответствии с целью работы в диссертации решены следующие задачи:

Анализ методологических принципов, применяемых в задаче моделирования стока, в сравнении с альтернативными теоретическими положениями моделирующей системы «Гидрограф».

Систематизация и оценка параметров математической модели процессов формирования стока.

Разработка и реализация методики расчета скорости и времени добегания.

Решение задачи пространственной интерполяции суточных сумм осадков в горных условиях.

Апробация методики моделирования в бассейнах с искусственным регулированием на примере Вилюйского водохранилища.

Моделирование стока для водосборов в пределах бассейна р. Лены.

Оценка эффективности использования универсальной гидрологической моделирующей системы на основе анализа результатов моделирования.

Объектом исследования являются водосборы в пределах бассейна р. Лены, существенно отличающиеся своими размерами (площадь от 40 до более, чем 2*10 км ) и находящиеся в различных ландшафтных зонах.

Предмет исследования составляют закономерности процессов формирования стока в бассейне р. Лены, разнообразие условий которых

позволяют оценить универсальность предлагаемой модели формирования стока и сопутствующего программно-математического обеспечения.

Методологической основой диссертационной работы является
универсальная детерминированная распределенная модель формирования стока
«Гидрограф» (разработанная д.т.н., проф. Ю.Б. Виноградовым в

Государственном Гидрологическом институте), которая описывает процессы формирования стока в бассейнах с различными физико-географическими характеристиками.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, что на основе разработанных принципов построения единого информационного, программно-алгоритмического и параметрического обеспечения впервые в практике гидрологических расчетов проведено моделирование процессов формирования стока с суточным расчетным интервалом для бассейнов существенно различных размеров.

В рамках решения частных задач впервые:

обоснована методика априорной оценки значений параметров универсальной гидрологической модели применительно к условиям большого слабоизученного бассейна;

обоснована методика интерполяции метеорологической составляющей входа модели применительно к условиям сложного горного рельефа;

предложена методика расчета элементов водного баланса крупных водохранилищ и их участия в общем регулируемом стоке данной реки.

Практическая значимость диссертационного исследования

обусловлена:

разработанными принципами и фактическим построением единой информационной базы для реализации моделирующего алгоритма в задаче расчетов стока в малоизученных районах;

разработанной методикой расчета стока и составляющих водного баланса в бассейнах с искусственным регулированием;

подтвержденной эффективностью использования единого программно-алгоритмического комплекса распределенной гидрологической модели для расчетов величин стока в бассейнах, имеющих различный размер и физико-географические характеристики.

Полученные результаты могут быть использованы в разработке методов прогнозирования и расчетов характеристик стока для малоизученных бассейнов, в решении задач обеспечения безопасного функционирования гидротехнических сооружений, а также при исследовании влияния изменений климата и ландшафтов на гидрологический режим Восточной Сибири.

Основные положения, выносимые на защиту:

Принципы построения информационной базы и методов оценки и назначения параметров в концепции гидрологической модели «Гидрограф» применительно к малоизученным бассейнам.

Методика определения скоростей добегания на основе интерполяции наблюденных данных.

Выявление закономерностей распределения годовых норм осадков в зависимости от рельефа для различных орографических районов. Создание методики пространственной интерполяции метеорологических величин в горных условиях (на примере бассейна р. Лены).

Методика моделирования речных бассейнов с искусственным регулированием стока (на примере Вилюйского водохранилища).

Результаты распределенного детерминированного моделирования процессов формирования стока для водосборов разного масштаба с суточным расчетным интервалом, основанные на использовании единого параметрического обеспечения модели, и их интерпретация в рамках дальнейшего развития и совершенствования методов расчетов стока применительно к малоизученным бассейнам.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждается удовлетворительной согласованностью результатов модельных расчетов с фактическими данными.

Апробация работы Основные положения и выводы диссертации докладывались автором на следующих конференциях: 6-й Всероссийский гидрологический съезд (Санкт-Петербург, 2004); международная конференция «Безопасность речных судоходных гидротехнических сооружений» (Санкт-Петербург, Университет Водных Коммуникаций, 2007); научная конференция «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» (Москва, Институт водных проблем РАН, 2007); научная сессия кафедры гидрологии суши СПбГУ «Географические и экологические аспекты гидрологии» (Санкт-Петербург, Государственный Университет, 2008); конференция Росгидромета, посвященная 70-летию дрейфа СП-1 (Москва, Институт прикладной геофизики, 2008); международная конференция «Polar Research - Arctic and Antarctic Perspectives in the International Polar Year» (Санкт-Петербург, 2008); международный форум «Современные проблемы и будущее геокриологии» (Якутск, Институт мерзлотоведения СО РАН, 2008); международная конференция «Predictions for Hydrology, Ecology and Water Resources Management» (Прага, 2008); международная конференция «Hydrological Extremes in Small Basins» (Краков, 2008); международный симпозиум по арктическим исследованиям «Drastic Change Under the Global Warming» (Токио, 2008); международный симпозиум IAHS-PUB «Hydrological Modelling and

Integrated Water Resources Management in Ungauged Mountainous Watershed» (Ченду, 2008).

Основные положения диссертации изложены в тезисах и абстрактах 11 конференций, в том числе 5 зарубежных, а также в 2 статьях, опубликованных в рецензируемых изданиях списка ВАК.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, объемом 216 страниц, включая 18 рисунков, 13 таблиц, списка литературы из 106 наименований и 8 приложений.

Подобные работы
Загорский Владимир Александрович
Оценка влияния хозяйственной деятельности на формирование стока взвешенных наносов (на примере бассейна р. Белой)
Гайдукова Екатерина Владимировна
Чувствительность критериев оптимальной плотности режимной гидрологической сети к климатическим изменениям (На примере минимального стока бассейна р. Оби)
Гранкина, Татьяна Борисовна
Математическое моделирование процесса формирования ледового покрова водоемов различной минерализации
Корчагин Константин Андреевич
Стохастическое моделирование процессов формирования качества вод : на примере Москворецкой системы водоснабжения
Губарева Татьяна Сергеевна
Максимальный сток рек в бассейне Амура: закономерности формирования и методы расчетов
Усманов Владимир Омарович
Исследования и расчеты водных ресурсов на водопотребление при орошении (на примере бассейна Сырдарьи)
Кудишин Алексей Васильевич
Численное моделирование гидроледотермических процессов в нижних бьефах ГЭС
Фролов Анатолий Васильевич
Динамико-стохастическое моделирование многолетних гидрологических процессов
Алешкин Сергей Александрович
Математическое моделирование гидролого-морфологических процессов в неприливных дельтах рек
Медведев Александр Сергеевич
Процессы формирования поверхностных морен горных ледников

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net