43. Понятие о математическом моделировании гидрографов

Нам уже известна методика композиционного моделирования гидрографов (она состоит в том, ччтобы охватить возможное разнообразие гидрографов путем сочетания объемов паводков с различной формой гидрографа и определить вероятности этих сочетаний), которая является образцом стохастического подхода с целью оценки вероятности гидрографов редкой повторяемости. Другой подход к моделированию гидрографов паводков/половодий – динамический, его целью является вычисление гидрографа стока в замыкающем створе водосборе при заданном ходе поступления воды на водосбор (имеем данные по осадкам или запасам воды в снеге). Таким образом, мы знаем ход водообразования на склонах – его надо трансформировать в склоновый сток и затем в русловой (например, по интегралу Дюамеля или методом единичного гидрографа). Однако переход от кол-ва поступающей воды к стоку включает в себя исключение потерь – а их определение при условии отсутствия полной информации является задачей, решаемой только методами математического (и пространственного) моделирования. Для создания такой модели необходимо иметь анализ рядов метеоэлементов, знать гидрофизические характеристики почв и особенности склонового и руслового стока. Зная физико-географические хар-ки водосбора, их можно обобщить в систему уравнений и решить. Однако, это малореально, так как для построения таких уравнений физгеографические особенности надо очень сильно генерализовать – это даст в корне другую картину. Поэтому такие параметры могут быть получены решением обратной задачи – так выбрать значения параметров модели, чтобы для наблюденных реализаций входных воздействий рассчитанные по модели выходные величины максимально точно соответствовали наблюденным значениям. Мера соответствия называется критерием качества . Использую методы оптимизации, производится идентификация параметров модели (определение их численных значений), при этом сохраняя Kt минимальным. Последние две стадии – калибровка модели по m лет наблюдений и ее верификация по (n-m) лет наблюдений. На входе у такой динамической модели – данные о ходе выпадения оасадков/запасах воды в снегу и ходе потерь. Если ряд метеоданных длиннее стокового ряда, можно реализовать модель для восстановления гидрографов паводков. Наконец, последний подход к моделированию – динамико-стохастический. На входе в него задаются не временные ряды метеоэлементов, а их стохастические характеристики. В идеале такая модель должна сгенерировать многомерный временной ряд метеоэлементов, который послужит входом в динамическую модель – в ней, в свою очередь, будет произведено его преобразование в псевдовременной ряд паводков/половодий и прогнать через статистическое моделирование. Самые важные характеристики, которые должны быть на выходе из стохастического блока – продолжительность периодов без дождя и дефицит влажности воздуха в эти периоды, продолжительность дождя и сумма осадков за дождь.

44. Определение времени начала влияния хоз.Деятельности на речной сток.

Для вещей, которые влияют непосредственно на водный режим, определение производится на основании литературных данных – сроки ввода в эксплуатацию ГТС, каналов, водозаборов и водосбросов, судоходных узлов, проведение деятельности по мелиорации и осушению. Соответственно, возникают следующие проблемы: данные наблюдений не отражают реальных условий, возникают осложнения в применении стандартных методов расчета, необходимо оценивать использование водных ресурсов и учитывать влияние ХД при прогнозировании. Однако, есть и постепенно влияющаяХД: урбанизация, сведение лесов и распашка уменьшают сток, обвалование русел увеличивает максимальный сток и т.д. Для оценки такого влияния есть различные методы: 1)Статистический – сравнительный анализ рядов измененного стока либо с измененным аналогом, либо со стокоформирующими метеорологическими величинами. Аналоги выбираются с R>0,8 и R больше двукратной ср.квадр. ошибки. Строятся зависимости вида Q=f(Qан), линия тренда по измененному стоку проходит параллельно и ниже линии по естественному стоку.; 2)метод двойной интегральной кривой – составляется система уравнений Qt=сумма Qi для нашей реки и аналога и строится график суммаQi=f(суммаQiан). До какого то времени график ложится на линию суммаQi=суммаQiан, затем график начинает отклоняться к оси Qiан. Соответственно, можно снять год начала влияния и масштабы влияния (разница между линиями) в разные периоды; 3)сравнительный анализ хронологического хода расходов воды и данных-аналогов (либо расхода-аналога, либо метеоданных); 4) график изменения А (коэфф.индикации) = сумма расходов из зоны формирования стока/Q на выходе. По оси у – А, по х – время. Значение А не сильно колеблется, в какой-то момент резко возрастает и продолжает несильно колебаться – значит, началась ХД. Для равнинных водосборов ЗФС=вся территория бассейна, и вместо суммы Qзфс можно брать объем весеннего половодья, равный запасам воды в снегу плюс осадкам за половодье, или осадки за год; 5)комплексный график хода различных показателей – температуры, осадков, площади орошаемых земель…, и годового стока. Такой способ хорош, когда ХД началась до начала наблюдений – т.е., мы не можем отследить время начала, но получаем тренд, вызванный монотонностью нарастания антропогенного воздействия.