Просторово-часова динаміка мінімального стоку річок басейну Тиси в межах України
Олена Почаєвець / науковадисертація
Опис:
Почаєвець О.О. Просторово-часова динаміка мінімального стоку річок
басейну Тиси в межах України. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за
спеціальністю 11.00.07 «Гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія». – Київський
національний університет імені Тараса Шевченка, Міністерство освіти і науки
України. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Міністерство
освіти і науки України, Київ, 2020.
Дисертаційна робота присвячена дослідженню просторово-часової динаміки
мінімального стоку води річок басейну Тиси в межах України.
У роботі використано дані Центральної геофізичної обсерваторії імені Бориса
Срезневського, Державного агентства водних ресурсів України, Геологічної служби
США, Глобального дослідницького центру розвитку (The Global Development
Research Center), Національного центру екологічної інформації (National Centers for
Environmental Information), дані проекту Copernicus, супутникові знімки Landsat та
Sentinel та ряд інших відкритих джерел інформації.
Об’єкт дослідження – мінімальний стік річок басейну Тиси в межах України.
Предмет дослідження – просторово-часова динаміка мінімального стоку води
річок басейну Тиси.
Методику дослідження можна розділити на основні етапи:
1) аналіз попередніх досліджень; 2) збір вихідної інформації 3) формування
банку даних; 4) розрахунки та аналіз просторово-часової динаміки мінімального
стоку води річок басейну Тиси в межах України 5) створення картосхем модуля
мінімального стоку води річок басейну Тиси в межах України.
Отримані результати в дисертаційній роботі можуть бути використані при
сучасних оцінках та прогнозуванні мінімального стоку в структурах ДСНС
України, Національної Академії наук України та в навчальному процесі Київського
національного університету імені Тараса Шевченка. 3
Основна ідея дослідження полягала в тому, щоб провести комплексну оцінку
просторово-часових змін мінімального стоку води на річках басейну Тиси в межах
України.
При розгляді проблематики досліджень мінімального стоку було виявлено, що
існують значні розбіжності у підходах до встановлення періодів мінімального стоку
та основних розрахункових величин як у вітчизняних, так і у закордонних вчених.
Було проведено детальний аналіз існуючої інформації, літературних та інтернет-
джерел та виявлено основні відмінності та недоліки у підходах до визначення
мінімального стоку. Встановлено, що важливою умовою для оцінки мінімального
стоку води, особливо в гірських регіонах, є врахування генетичних особливостей
формування мінімального стоку, а саме оцінка мінімальних витрат літньо-осінньої
та зимової меженей.
Виявлено, що до визначальних факторів, які впливають на формування
мінімального стоку річок басейну Тиси відносяться кліматичні умови, геологічна
будова, гідрогеологічні умови, ґрунти, рослинність та господарська діяльність.
Для оцінки мінімального стоку було проведено аналіз необхідної вихідної
інформації та зібрано банк даних гідрологічної інформації про щоденні витрати
води для 22 гідрологічних постів в басейні Тиси в межах України та 8 гідрологічних
постів за її межами за період від початку спостережень по 2015 рік. Для оцінки
просторового розподілу мінімального стоку води використано також дані 26
гідрологічних постів суміжних басейнів в межах України. Для оцінки
метеорологічних умов території басейну та впливу їх на мінімальний стік води були
зібрані дані про щоденні опади, температуру повітря та сніговий покрив на
метеостанціях та гідрологічних постах. Для оцінки просторового розподілу та зміни
досліджуваних характеристик використана також інформація про розташування
гідрологічних постів та метеостанцій (їх координати), річкову мережу у векторному
форматі з атрибутивною інформацією, дані SRTM для створення цифрової моделі
рельєфу та космічні знімки.
Встановлено, що паводковий режим басейну, особливо в гірській його частині,
створює досить значні перешкоди до виділення тривалого меженного періоду у 30 4
діб, як рекомендується в нормативних документах. Тому за основний розрахунковий
період було обґрунтовано і використано значення мінімальної 7-денної витрати
води.
За внутрішньорічним розподілом в межах виділених лімітуючих сезонів за
допомогою програмного комплексу IHA були сформовані ряди мінімальних витрат
води за 1 добу, 7 діб та 30 діб. Проведено розрахунок внутрішньорічного розподілу
стоку. На його основі виділено 2 райони в межах басейну Тиси – західний та
східний. Межа районів проходить по басейну р.Ріка. Для західного району частка
весняного стоку становить – 40,4%, літнього - 18,2%, осіннього – 16,7% та зимового
24,7%. На річках східного району на весняний сезон припадає 38,9% стоку, на літній
- 27,5%, на осінній - 19,0%, лімітуючим сезоном є зима – 14,6%.
Ряди мінімальних витрат води за 1 добу, 7 та 30 діб були перевірені на часову
однорідність з використанням параметричних критеріїв Стьюдента та Фішера, та
непараметричного – Вількоксона. За критерієм Стьюдента гіпотеза про однорідність
не спростовується у 95,5% випадків для 30 діб, більше як у 81% випадків для рядів
за 1 добу та 7 діб. За критерієм Фішера всі ряди більш як у 90% випадків є
однорідними. За непараметричним критерієм Вількоксона найбільш однорідними
вважаються ряди за 30 діб – 95,5% випадків.
Оцінка мінливості мінімального стоку річок басейну Тиси засвідчила, що
коефіцієнт варіації Cv для літньо-осінньої межені коливається в межах 0,28-0,68, а
середнє його значення – 0,44. Найбільші показники Cv відносяться до водозборів
воднобалансової станції в басейні р.Ріка. Щодо зимової межені, то коефіцієнти
варіації коливаються від 0,3 до 0,67, середнє значення становить 0,45. Коефіцієнти
асиметрії Cs мають переважно додатні значення, що свідчить про те, що в
багаторічній мінливості на річках в межах гідрологічних постів переважають
витрати води менші за середні багаторічні. Тільки для мінімальних витрат зимової
межені для гідрологічного поста р.Тиса-Вилок спостерігається незначна від’ємна
асиметрія. Узагальнене для річок басейну Тиси в межах України співвідношення
Cs/Cv ≈ 1,8, свідчить про помірно-асиметричний розподіл коливань стоку. 5
Оцінка багаторічних коливань мінімального стоку засвідчила відсутність
завершених циклів водності. Зміна періодів пониженої та підвищеної водності
мінімальних витрат води відбувається досить неоднорідно по території басейну. Для
літньо-осінньої межені чітко прослідковується залежність коливань мінімального
стоку від середньої висоти водозбору. Вціому для річок басейну Тиси
прослідковуються синхронні та асинфазні коливання мінімального стоку води за 7
діб. Для всього басейну характерною є відсутність повноцінних циклів коливань
водності, що може пояснюватися азональними особливостями формування
мінімального стоку на більшості території басейну. Для більшості річок в межах
західного району прослідковується період пониженої водності. А на річках східного
району в той самий час мінімальний стік води за 7 діб зростає.
Для оцінки просторового розподілу мінімальних витрат води були розраховані
забезпеченості рядів мінімальних витрат води за 30 та за 7 діб. Відповідно до різних
потреб у водогосподарській сфері були обрані мінімальні витрати забезпеченостями
від 75% і нижче. Між витратами води за 7 і за 30 діб встановлено зв’язки, які мають
різний характер та змінюються залежно від районів розташування гідрологічних
постів, а також від генетичного походження цих витрат. Для західного та східного
районів та для басейну вцілому були розраховані перехідні коефіцієнти між
витратами 80% забезпеченості та іншими заданими забезпеченостями. Залежно від
існуючих потреб розрахункових витрат води було обрано 75%, 80%, 95% та 97%
забезпеченості. Для вказаних забезпеченостей встановлені рівняння регресії, що дає
можливість оцінювати мінімальний стік води річок за відсутності даних
спостережень. Для таких річок величину витрат води можна отримати за відомими
методами, в тому числі за картосхемами просторового розподілу модулів
мінімального стоку води.
Встановлено залежність мінімального від середнього стоку води. Для річок
басейну Тиси були розраховані коефіцієнти переходу від середнього стоку, до
мінімального. Для східного району коефіцієнт переходу від середнього до
мінімального за 7 діб стоку води для літньо-осінньої межені становить – 2,60, для 6
зимової – 3,88. Середнє значення перехідного коефіцієнта для річок західного
району в період літньо-осінньої межені становить 5,15, а для зимової межені – 4,18.
Аналіз емпіричних регіональних залежностей та мінімального стоку води за 7
діб проводився з урахуванням різних факторів, таких як площа басейнів (менше та
більше 1000км 2
), глибиною ерозійного врізу, за районами внутрішньорічного
розподілу стоку (східний та західний), а також для басейна вцілому. Було
встановлено, що мінімальні витрати води зростають з площею водозбору. Для малих
річок (до 1000 км 2 ) зв’язок витрати води з площею водозбору є більш тісним,
коефіцієнт кореляції r=0,87 (зимова межень) та r=0,75 (літньо-осіння межень), ніж
для великих річок r=0,74 (зимова межень) та r=0,71 (літньо-осіння межень). Для
східного району кращі зв’язки між глибиною ерозійного врізу та модуля
мінімального стоку спостерігаються в період зимової межені r=0,81, а для літньо-
осінньої r=0,72. Для річок західного району більш тісними зв’язки ерозійного врізу і
модуля мінімального стоку є для літньо-осінньої межені r=0,64. Для зимової межені
коефіцієнт кореляції менший і становить r=0,56. Помітна незначна тенденція до
зростання модуля стоку зі збільшенням глибини ерозійного врізу русел річок
басейну Тиси. Також було встановлено, що значення мінімального модуля стоку за
7 діб збільшується зі зростанням висоти. Це підтверджується коефіцієнтами
кореляції 0,67 для зимової та 0,83 для літньо-осінньої межені. Найменший вплив на
формування мінімального стоку мають похили річки.
Для підтвердження необхідності створення сучасних картосхем мінімального
стоку було проведено оцінку зміни мінімальних витрат води за два періоди. Перший
- від початку спостережень по 1975 рік, другий – від початку спостережень по 2015
рік. Встановлено, що середнє багаторічне значення мінімальної витрати води за 30
діб для річок досліджуваного регіону змінилося порівняно з 1975 роком від 4,5% до
42% для літньо-осінньої межені і в межах 1-29% за період зимової межені.
Запропоновані загальні методичні підходи побудови картосхем модулів
мінімального стоку для літньо-осінньої та зимової межені, з урахуванням
особливості гірської місцевості. Картосхеми створювались в середовищі QGIS та
візуалізовані у вигляді ізоліній модуля мінімального стоку за 30 та за 7 діб 80%
забезпеченості. Для всіх картосхем проведена оцінка достовірності їх побудови.
Коефіцієнти кореляції між фактичними та розрахованими за картосхемами
значеннями мінімальних модулів стоку перевищують 0,97, а лінії зв’язку лежать на
лінії рівних значень, що підтверджує можливість їх використання для розрахунків
мінімального стоку невивчених територій.
Ключові слова: мінімальні витрати води, мінімальні витрати води за 7 діб,
басейн Тиси, літньо-осіння межень, зимова межень, внутрішньорічний розподіл
стоку, східний та західний райони, перехідні коефіцієнти, регіональні залежності
мінімального стоку води, картосхеми модуля мінімального стоку води.
Почаєвець О.О. Просторово-часова динаміка мінімального стоку річок
басейну Тиси в межах України. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за
спеціальністю 11.00.07 «Гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія». – Київський
національний університет імені Тараса Шевченка, Міністерство освіти і науки
України. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Міністерство
освіти і науки України, Київ, 2020.
Дисертаційна робота присвячена дослідженню просторово-часової динаміки
мінімального стоку води річок басейну Тиси в межах України.
У роботі використано дані Центральної геофізичної обсерваторії імені Бориса
Срезневського, Державного агентства водних ресурсів України, Геологічної служби
США, Глобального дослідницького центру розвитку (The Global Development
Research Center), Національного центру екологічної інформації (National Centers for
Environmental Information), дані проекту Copernicus, супутникові знімки Landsat та
Sentinel та ряд інших відкритих джерел інформації.
Об’єкт дослідження – мінімальний стік річок басейну Тиси в межах України.
Предмет дослідження – просторово-часова динаміка мінімального стоку води
річок басейну Тиси.
Методику дослідження можна розділити на основні етапи:
1) аналіз попередніх досліджень; 2) збір вихідної інформації 3) формування
банку даних; 4) розрахунки та аналіз просторово-часової динаміки мінімального
стоку води річок басейну Тиси в межах України 5) створення картосхем модуля
мінімального стоку води річок басейну Тиси в межах України.
Отримані результати в дисертаційній роботі можуть бути використані при
сучасних оцінках та прогнозуванні мінімального стоку в структурах ДСНС
України, Національної Академії наук України та в навчальному процесі Київського
національного університету імені Тараса Шевченка. 3
Основна ідея дослідження полягала в тому, щоб провести комплексну оцінку
просторово-часових змін мінімального стоку води на річках басейну Тиси в межах
України.
При розгляді проблематики досліджень мінімального стоку було виявлено, що
існують значні розбіжності у підходах до встановлення періодів мінімального стоку
та основних розрахункових величин як у вітчизняних, так і у закордонних вчених.
Було проведено детальний аналіз існуючої інформації, літературних та інтернет-
джерел та виявлено основні відмінності та недоліки у підходах до визначення
мінімального стоку. Встановлено, що важливою умовою для оцінки мінімального
стоку води, особливо в гірських регіонах, є врахування генетичних особливостей
формування мінімального стоку, а саме оцінка мінімальних витрат літньо-осінньої
та зимової меженей.
Виявлено, що до визначальних факторів, які впливають на формування
мінімального стоку річок басейну Тиси відносяться кліматичні умови, геологічна
будова, гідрогеологічні умови, ґрунти, рослинність та господарська діяльність.
Для оцінки мінімального стоку було проведено аналіз необхідної вихідної
інформації та зібрано банк даних гідрологічної інформації про щоденні витрати
води для 22 гідрологічних постів в басейні Тиси в межах України та 8 гідрологічних
постів за її межами за період від початку спостережень по 2015 рік. Для оцінки
просторового розподілу мінімального стоку води використано також дані 26
гідрологічних постів суміжних басейнів в межах України. Для оцінки
метеорологічних умов території басейну та впливу їх на мінімальний стік води були
зібрані дані про щоденні опади, температуру повітря та сніговий покрив на
метеостанціях та гідрологічних постах. Для оцінки просторового розподілу та зміни
досліджуваних характеристик використана також інформація про розташування
гідрологічних постів та метеостанцій (їх координати), річкову мережу у векторному
форматі з атрибутивною інформацією, дані SRTM для створення цифрової моделі
рельєфу та космічні знімки.
Встановлено, що паводковий режим басейну, особливо в гірській його частині,
створює досить значні перешкоди до виділення тривалого меженного періоду у 30 4
діб, як рекомендується в нормативних документах. Тому за основний розрахунковий
період було обґрунтовано і використано значення мінімальної 7-денної витрати
води.
За внутрішньорічним розподілом в межах виділених лімітуючих сезонів за
допомогою програмного комплексу IHA були сформовані ряди мінімальних витрат
води за 1 добу, 7 діб та 30 діб. Проведено розрахунок внутрішньорічного розподілу
стоку. На його основі виділено 2 райони в межах басейну Тиси – західний та
східний. Межа районів проходить по басейну р.Ріка. Для західного району частка
весняного стоку становить – 40,4%, літнього - 18,2%, осіннього – 16,7% та зимового
24,7%. На річках східного району на весняний сезон припадає 38,9% стоку, на літній
- 27,5%, на осінній - 19,0%, лімітуючим сезоном є зима – 14,6%.
Ряди мінімальних витрат води за 1 добу, 7 та 30 діб були перевірені на часову
однорідність з використанням параметричних критеріїв Стьюдента та Фішера, та
непараметричного – Вількоксона. За критерієм Стьюдента гіпотеза про однорідність
не спростовується у 95,5% випадків для 30 діб, більше як у 81% випадків для рядів
за 1 добу та 7 діб. За критерієм Фішера всі ряди більш як у 90% випадків є
однорідними. За непараметричним критерієм Вількоксона найбільш однорідними
вважаються ряди за 30 діб – 95,5% випадків.
Оцінка мінливості мінімального стоку річок басейну Тиси засвідчила, що
коефіцієнт варіації Cv для літньо-осінньої межені коливається в межах 0,28-0,68, а
середнє його значення – 0,44. Найбільші показники Cv відносяться до водозборів
воднобалансової станції в басейні р.Ріка. Щодо зимової межені, то коефіцієнти
варіації коливаються від 0,3 до 0,67, середнє значення становить 0,45. Коефіцієнти
асиметрії Cs мають переважно додатні значення, що свідчить про те, що в
багаторічній мінливості на річках в межах гідрологічних постів переважають
витрати води менші за середні багаторічні. Тільки для мінімальних витрат зимової
межені для гідрологічного поста р.Тиса-Вилок спостерігається незначна від’ємна
асиметрія. Узагальнене для річок басейну Тиси в межах України співвідношення
Cs/Cv ≈ 1,8, свідчить про помірно-асиметричний розподіл коливань стоку. 5
Оцінка багаторічних коливань мінімального стоку засвідчила відсутність
завершених циклів водності. Зміна періодів пониженої та підвищеної водності
мінімальних витрат води відбувається досить неоднорідно по території басейну. Для
літньо-осінньої межені чітко прослідковується залежність коливань мінімального
стоку від середньої висоти водозбору. Вціому для річок басейну Тиси
прослідковуються синхронні та асинфазні коливання мінімального стоку води за 7
діб. Для всього басейну характерною є відсутність повноцінних циклів коливань
водності, що може пояснюватися азональними особливостями формування
мінімального стоку на більшості території басейну. Для більшості річок в межах
західного району прослідковується період пониженої водності. А на річках східного
району в той самий час мінімальний стік води за 7 діб зростає.
Для оцінки просторового розподілу мінімальних витрат води були розраховані
забезпеченості рядів мінімальних витрат води за 30 та за 7 діб. Відповідно до різних
потреб у водогосподарській сфері були обрані мінімальні витрати забезпеченостями
від 75% і нижче. Між витратами води за 7 і за 30 діб встановлено зв’язки, які мають
різний характер та змінюються залежно від районів розташування гідрологічних
постів, а також від генетичного походження цих витрат. Для західного та східного
районів та для басейну вцілому були розраховані перехідні коефіцієнти між
витратами 80% забезпеченості та іншими заданими забезпеченостями. Залежно від
існуючих потреб розрахункових витрат води було обрано 75%, 80%, 95% та 97%
забезпеченості. Для вказаних забезпеченостей встановлені рівняння регресії, що дає
можливість оцінювати мінімальний стік води річок за відсутності даних
спостережень. Для таких річок величину витрат води можна отримати за відомими
методами, в тому числі за картосхемами просторового розподілу модулів
мінімального стоку води.
Встановлено залежність мінімального від середнього стоку води. Для річок
басейну Тиси були розраховані коефіцієнти переходу від середнього стоку, до
мінімального. Для східного району коефіцієнт переходу від середнього до
мінімального за 7 діб стоку води для літньо-осінньої межені становить – 2,60, для 6
зимової – 3,88. Середнє значення перехідного коефіцієнта для річок західного
району в період літньо-осінньої межені становить 5,15, а для зимової межені – 4,18.
Аналіз емпіричних регіональних залежностей та мінімального стоку води за 7
діб проводився з урахуванням різних факторів, таких як площа басейнів (менше та
більше 1000км 2
), глибиною ерозійного врізу, за районами внутрішньорічного
розподілу стоку (східний та західний), а також для басейна вцілому. Було
встановлено, що мінімальні витрати води зростають з площею водозбору. Для малих
річок (до 1000 км 2 ) зв’язок витрати води з площею водозбору є більш тісним,
коефіцієнт кореляції r=0,87 (зимова межень) та r=0,75 (літньо-осіння межень), ніж
для великих річок r=0,74 (зимова межень) та r=0,71 (літньо-осіння межень). Для
східного району кращі зв’язки між глибиною ерозійного врізу та модуля
мінімального стоку спостерігаються в період зимової межені r=0,81, а для літньо-
осінньої r=0,72. Для річок західного району більш тісними зв’язки ерозійного врізу і
модуля мінімального стоку є для літньо-осінньої межені r=0,64. Для зимової межені
коефіцієнт кореляції менший і становить r=0,56. Помітна незначна тенденція до
зростання модуля стоку зі збільшенням глибини ерозійного врізу русел річок
басейну Тиси. Також було встановлено, що значення мінімального модуля стоку за
7 діб збільшується зі зростанням висоти. Це підтверджується коефіцієнтами
кореляції 0,67 для зимової та 0,83 для літньо-осінньої межені. Найменший вплив на
формування мінімального стоку мають похили річки.
Для підтвердження необхідності створення сучасних картосхем мінімального
стоку було проведено оцінку зміни мінімальних витрат води за два періоди. Перший
- від початку спостережень по 1975 рік, другий – від початку спостережень по 2015
рік. Встановлено, що середнє багаторічне значення мінімальної витрати води за 30
діб для річок досліджуваного регіону змінилося порівняно з 1975 роком від 4,5% до
42% для літньо-осінньої межені і в межах 1-29% за період зимової межені.
Запропоновані загальні методичні підходи побудови картосхем модулів
мінімального стоку для літньо-осінньої та зимової межені, з урахуванням
особливості гірської місцевості. Картосхеми створювались в середовищі QGIS та
візуалізовані у вигляді ізоліній модуля мінімального стоку за 30 та за 7 діб 80%
забезпеченості. Для всіх картосхем проведена оцінка достовірності їх побудови.
Коефіцієнти кореляції між фактичними та розрахованими за картосхемами
значеннями мінімальних модулів стоку перевищують 0,97, а лінії зв’язку лежать на
лінії рівних значень, що підтверджує можливість їх використання для розрахунків
мінімального стоку невивчених територій.
Ключові слова: мінімальні витрати води, мінімальні витрати води за 7 діб,
басейн Тиси, літньо-осіння межень, зимова межень, внутрішньорічний розподіл
стоку, східний та західний райони, перехідні коефіцієнти, регіональні залежності
мінімального стоку води, картосхеми модуля мінімального стоку води.
Доступні формати:
PDFчитайте також:
В бібліотеці зібрані всі книги українською мовою в електронному (txt, rtf, doc, pdf, fb2, epub, mobi, djvu) та паперовому форматі. Книжку можна безкоштовно скачати клікнувши на необхідний Вам формат для iPad, iPhone, Android, Kindle, Kobo та інших читалок або купити паперовий варіант тексту з доставкою по Україні. Сайт бібліотеки оптимізований для роботи на телефонах, смартфонах(айфон, анроїд) і планшетах. Потрібну книгу Ви можете легко знайти за допомогою пошуку.