CC BY
10НА УЧНЫЕ СТА ТЬИ
Гидрометеорология и экология №1 2015
УДК 519. 16. 556. 072
Доктор геогр. наук С.К. Давлетгалиев * М.С. Оспанова
ХАРАКТЕРИСТИКИ МИНИМАЛЬНОГО МЕСЯЧНОГО СТОКА БАССЕЙНА РЕКИ ЕЛЕК
ЛЕТНЕЕ-ОСЕННИЙ ПЕРИОД, ЗИМНИЙ ПЕРИОД, ПАРАМЕТРЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТОКА, СТАТИСТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ, НАБЛЮДЕННЫЕ И ВОССТАНОВЛЕННЫЕ ДАННЫЕ
Приведены статистические характеристики минимального месячного стока летне-осеннего и зимнего периодов основных рек бассейна р. Елек. Произведена оценка точности параметров распределения месячного стока.
Река Елек является левым притоком р. Жайык (Урал). Общая длина реки 623 км, площадь водосбора 41300 км2. Основными притоками р. Елек являются рр. Каргала и Большая Хобда, которые, в свою очередь, принимают ряд притоков: Косистек, Актасты, Терисбутак, Карахобда, Са-рыхобда, Терисаккан и др. [1].
Характеристики минимального стока бассейна р. Елек, полученные по данным наблюдений по 1962 г., приведены в монографии [2]. Эти данные нуждаются в уточнении с учетом материалов последних лет и влияния климатических и антропогенных факторов.
Сток р. Елек искажен с 1975 г. регулирующим влиянием Актюбин-ского и Каргалинского водохранилищ многолетнего регулирования. Поэтому в первую очередь производим оценку однородности минимального стока р. Елек у г. Актобе и с. Шелек, а также р. Каргала - с. Каргалинское. Оценка однородности рядов наблюдений произведена с помощью критериев Стью-дента и Фишера [3], а также суммарной интегральной кривой. При этом за условно-естественный сток приняты данные наблюдений до 1974 г., данные за период 1975...2010 гг. - зарегулированный сток. Результаты, рассчитанные по статистическим критериям, представлены в табл. 1.
Критические значения статистик Стьюдента и Фишера определены для уровня значимости а = 5 % и коэффициента автокорреляции мини-
* КазНу им. аль-Фараби, г. Алматы
121
мального стока г = 0,30. В табл. 1 знак «минус» означает, что гипотеза однородности ряда отвергается.
Таблица 1
Результаты расчета однородности средних и дисперсии ряда наблюдений
Река - пункт
г
Вывод
Вывод
Летний сток
Елек - г. Актобе 6,03 3,10 - 31,7 1,83
Елек - с. Шелек 4,52 3,10 - 4,33 2,73
Каргала - с. Каргалинское 6,22 3,10 - 33,4 2,73
Зимний сток
Елек - г. Актобе 4,40 3,10 - 39,8 2,40
Елек - с. Шелек 3,38 3,10 - 23,8 2,73
Каргала - с. Каргалинское 4,24 3,10 - 21,8 1,83
Как видно из данных табл. 1, во всех случаях гипотеза однородности средних и дисперсии летнего и зимнего минимального месячного стока отвергается. Это подтверждается также видом интегральной кривой минимального месячного стока р. Елек и р. Каргала (рис. 1).
Ряды минимального стока основных рек бассейна р. Елек приведены к многолетнему периоду 1940...2010 гг., по методу аналогии, с составлением уравнения регрессии.
Характеристики минимального стока р. Елек и Каргала рассчитаны в 4-х вариантах: за период естественного режима (1940. 1974 гг.), за период нарушенного режима (1975.2010 гг.), за период наблюдений и за расчетный период с учетом восстановления естественного стока (1940.2010 гг.) (табл. 2).
а
0> м3/с
300 Г
250 .''
*
200 - -1 —2
150 -
Ф
100 -50 0
,£> А Л ф (Л ф Л<г> лЬ <£> <ф <£> аЬ лй Л Л
^ ^ ^ ^ ^ ^
Год
122
б
д м3/с
Год
в
д м3/с 180 г
Рис. 1. Интегральные кривые минимального бытового и естественного стока. а - р. Елек - г. Актобе, б - р. Елек - с. Шелек, в - р Каргала -с. Каргалинское. 1 - бытовой сток; 2 - условно-естественный сток.
Минимальный сток летнего и зимнего периодов за счет регулирующего влияния водохранилищ после 1975 г. увеличился в 2...3 раза относительно стока до 1975 г. Существенно увеличилось значение дисперсии минимального стока, увеличение коэффициента вариации незначительное.
123
Таблица 2
Характеристики минимального стока зарегулированных рек
Месячный сток 9' м /с Су с, 75 % 80% 90% 95 % 97% 9' м /с Су с. 75 % 80% 90% 95 % 97%
1940... 1974 гг. 1975...2010 гг.
р. Елек - г. Актобе
Летний 1,30 0,54 0,98 0,82 0,74 0,55 0,43 0,35 5,91 5,91 0,67 0,69 0,88 1,10 3,01 2,96 2,61 2,54 1,71 1,65 1,21 1,12 0,93 0,83
Зимний 0,56 0,84 1,51 0,25 0,22 0,12 0,076 0,054 3,04 2,93 0,95 1,02 1,44 1,43 0,97 0,88 0,77 0,70 0,39 0,33 0,20 0,16 0,12 0,097
р. Елек - с. Шелек
Летний 7,61 0,44 0,3 5,33 4,93 3,97 3,33 2,91 14,3 13,5 0,45 0,48 0,32 0,39 9,6 8,10 8,79 7,42 6,92 5,84 5,65 4,83 4,86 3,75
Зимний 2,09 0,71 0,07 1,06 0,21 0 0 0 6,87 6,95 1,06 1,02 0,76 0,71 0,22 2,50 0,01 1,55 0 0,73 0 0,35 0 0,21
р. Каргала - с. Каргалинское
Летний 0,66 0,54 0,71 0,41 0,37 0,28 0,21 0,18 3,70 0,55 0,71 2,17 1,95 1,43 1,07 0,87
Зимний 0,46 0,46 0,67 0,31 0,28 0,22 0,18 0,15 1,53 1,47 0,71 0,67 0,95 0,40 0,69 0,45 0,59 0,40 0,38 0,36 0,25 0,18 0,19 0,17
Примечание: В числителе приведены наблюденные данные, в знаменателе - восстановленные данные.
Коэффициент вариации минимального летнего месячного стока изменяется в широких пределах - от 0,30 (р. Терисаккан) до 1,23 (р. Косистек), зимнего стока - от 0,30 (р. Терисбутак) до 1,50 (р. Терисаккан). Коэффициент асимметрии летнего и зимнего месячного стока также изменяется в широких пределах. Точность расчета этого параметра невысокая, поэтому значение определено методом подбора по степени соответствия эмпирических данных теоретической кривой. Наиболее подходящим значением С в большинство случаев оказалось
С,=2С„ (рис. 2,3)
д м-7с 2,0
1.5
1.0
0,5
0.01 0.1 1 5 102030405060 70 80 90 95 99 99.9 Р%
Рис. 2. Кривая обеспеченность минимального летнего месячного стока (р. Карахобда - пос. Альпайсай, 1940... 2010 гг.).
д м3/с 7.0
6,0
5,0
4,0
3.0
2.0
1.0
°-°0Л 1 5 10 20 3040 5060 70 80 90 95 99 99,9
Р%
Рис. 3. Кривая обеспеченность минимального зимнего месячного стока (р. Каргала - с. Каргалинское, 1940... 2010 гг.).
125
При наличии в составе наблюденных и восстановленных данных нулевых расходов (рр. Карахобда, Сарыхобда, Терисаккан и др.), т.е. неоднородности рядов, расходы воды, различной обеспеченности вычисляются по формуле, приведенной в [4]
п Р
Р = -Пр-, (1)
п1 + п2
где п1 - число лет наблюдений с расходами воды больше нуля; п2 - число лет наблюдений с нулевыми значениями расходов воды; Р1 - обеспеченности расхода воды по кривой, построенной по данным со стокам больше нуля.
Статистические характеристики зарегулированных рек, рассчитанные по данным наблюдений до 1974 г. и период 1975...2010 гг., приведены в табл. 2. Характеристики минимального месячного стока за период наблюдений и за расчетный период представлены в табл. 3 и 4. В этих же таблицах даны обеспеченности расходы воды 75, 80, 90, 95, и 97 %.
Случайные средние квадратические ошибки выборочных средних определены по формулам:
= Х^л/ (1 + ^ )(1 - ^). (2)
ып
Для основных рек бассейна р. Елек, имеющих период наблюдения п > 30 лет, установлено среднее районное значение коэффициента автокорреляции месячного стока, равное г = 0,30 .
Анализ согласия эмпирических и аналитических функций распределения показал, что распределение минимального стока почти всех рек района соответствует кривой обеспеченности Крицкого-Менкеля при С = 2Су, поэтому средние квадратические ошибки коэффициентов ва-
риации определены по зависимости:
Ши+
С„
оС =
(1 + Су2)(1 + 3Су • г2 ^
2 ^ 1 + г
(3)
п + 4СуЧ
Погрешность расчёта нормы стока р. Сарыхобда - пос. Бессарабский и р. Терисбутак - с. Белогорский с продолжительностью ряда наблюдений соответственно п = 38 , п = 41 равны 15,7 %, 13,9 %.
Оценка точности параметров распределения ряда, приведенного к многолетнему периоду, выполнена с учетом объема информации, эквивалентной наблюденным данным.
126
Таблица 3
Характеристики минимального летнего месячного стока бассейна р. Елек (Илек) за 1940...2010 гг.
ев АЛ ГО Сток (м3/с)
« 8 Наименьший: период наблюдения, м Различной обеспеченности, %
Река - пункт "С 2 1% км Период Я о ч 2 ч я м /с Су С, 75 80 90 95 97
Елек - ж.д. рзд №47 1090 1958.. .1980 0,0 0,024 0,76 1,01 0,010 0,009 0,003 0 0
Елек - г. Актобе, ГМБ (в 200 м ниже 11000 1940.. .2000 0,37 3,64 0,99 1,75 2,97 2,55 1,66 1,13 0,84
устья р. Карагалы) 2005.. .2010 1,15 0,77 1,97 0,51 0,42 0,26 0,16 0,12
Елек - пос. Целинный 14575 2003.. .2010 3,52 7,50 0,58 0,70 4,28 3,82 2,78 2,02 1,65
Елек - с. Чилик 37300 1950.. . 1997, 3,42 11,2 0,50 0,88 7,10 6,42 4,84 3,83 3,22
1999,2001, 7,04 0,49 0,57 4,22 3,80 2,74 2Д1 2Д1
2003.. .2005,
2009.. .2010
Каргала - с. Каргалинское 5000 1957.. .2010 0,25 2,34 0,92 1,42 0,77 0,61 0,33 0,17 0,10
0,73 0,56 0,73 0,46 0,41 0,30 0,22 0,19
Карабутак - с. Карабутак 177 1980.. .1995 0,026 0,045 0,95 1,72 0,017 0,009 0,007 0,001 0
Косистек - с. Косистек 281 1957.. 1999.. . 1997, .2010 0 0,040 1,23 1,97 0,004 0,001 0 0 0
Актасты - пос. Белогорский 45,0 1947.. 2009.. . 1998, .2010 0,006 0,018 0,51 1,40 0,011 0,010 0,008 0,006 0,005
Река - пункт "С 2 Ь, км Период наблюдения Наименьший за период наблюдения, м3/с <2, м /с Су с, Сток (м3/с) Различной обеспеченности, %
75 80 90 95 97
руч. Терисбутак - пос. Белогорский 19,8 1948.. .1989 0,005 0,027 1,06 1,66 0,018 0,017 0,014 0,012 0,011
Хобда (Бол. Хобда) - с. Новоалексеевка 8110 1961.. .2010 0,33 1,04 0,42 0,65 0,72 0,66 0,53 0,45 0,38
Бол. Хобда - с. Кугала 14200 1983.. .1991, 1,32 2,92 0,43 0,40 2,01 1,84 1,46 1,23 1,05
2004.. .2010
Карахобда - пос. Альпайсай 2240 1963.. .2010 0,0 0,59 0,45 0,33 0,41 0,38 0,30 0,25 0,22
Сарыхобда - пос. Бессарабский 675 1957.. .1987 0,028 0,098 0,36 0,38 0,073 0,067 0,055 0,049 0,026
Терсаккан - пос. Астраханский 446 1958.. .1996 0,056 0,114 0,30 0,029 0,089 0,084 0,073 0,064 0,059
Примечание: В числителе приведены наблюденные данные, в знаменателе - восстановленные данные.
Таблица 4
Характеристики минимального зимнего месячного стока бассейна р. Елек (Илек) за 1940...2010 гг.
8 С^ Сток (м3/с)
« 8 Наименьший: период наблюдений, м Различной обеспеченности, %
Река - пункт "С 2 км Период Я о ч 2 ч я м /с Су е., 75 80 90 95 97
Елек - ж.д. рзд №47 1090 1958.. .1980 0,0 0,060 0,57 0,69 0,036 0,034 0,024 0,012 0
Елек - г. Актобе, ГМБ (в 200 м ниже 11000 1940.. .2000 0,12 1,72 1,31 2,48 0,22 0,14 0,030 0,010 0,003
устья р. Карагалы) 2005.. .2010 0,79 0,84 1,28 0,31 0,25 0,15 0,079 0,055
Елек - пос. Целинный 14575 2003.. .2010 1,41 3,37 0,51 0,72 2,12 1,92 1,45 1,11 0,91
Елек - с. Чилик 37300 1950.. . 1997, 0,0 5,04 1,17 1,50 1,02 0,50 0,0 0,0 0,0
1999,2001, 3,62 0,80 1,15 1,50 1,25 1,0 0,20 0,0
2003.. .2005,
2009.. .2010
Каргала - с. Каргалинское 5000 1957.. .2010 0,17 1,02 0,92 1,38 0,34 0,26 0,14 0,074 0,042
0,67 0,70 1,39 0,32 0,28 0,18 0,12 0,090
Карабутак - с. Карабутак 177 1980.. .1995 0,0 0,034 0,98 1,59 0,009 0,007 0,002 0 0
Косистек - с. Косистек 281 1957.. 1999.. . 1997, .2010 0,0 0,052 1,50 6,20 0,001 0 0 0 0
Актасты - пос. Белогорский 45,0 1947.. 2009.. . 1998, .2010 0,0 0,024 0,37 0,51 0,018 0,017 0,014 0,012 0,011
« 8 Наименьший за период наблюдений, м3/с Сток (м3/с) Различной обеспеченности, %
Река - пункт "С 2 Ь, км Период И о ч 2 ч ю сЗ Я <2, м /с Су С, 75 80 90 95 97
руч. Терисбутак - пос. Белогорский 19,8 1948.. .1989 0,012 0,022 0,23 1,07 0,019 0,018 0,016 0,015 0,014
Хобда (Бол. Хобда) - с. Новоалексеевка 8110 1961.. .2010 0,0 0,58 0,96 1,26 0,17 0,13 0,030 0 0
Бол. Хобда - с. Кугала 14200 1983.. 2004.. .1991, .2010 0,76 2,53 0,35 0,16 1,90 1,77 1,49 1,29 1,14
Карахобда - пос. Альпайсай 2240 1963.. .2010 0,0 0,23 0,99 1,29 0,020 0 0 0 0
Сарыхобда - пос. Бессарабский 675 1957.. .1987 0,0 0,12 0,96 1,28 0,036 0,028 0,013 0,003 0
Терсаккан - пос. Астраханский 446 1958.. .1996 0,0 0,073 1,50 5,11 0 0 0 0 0
Примечание: В числителе приведены наблюденные данные, в знаменателе - восстановленные данные.
Объём информации, эквивалентной наблюденным данным, определяют соответственно для нормы КЭо и среднего квадратического отклонения по формулам:
N
^ ---, (4)
эв
1 + ^ (1 - ) п + 2 v '
NN
= п + ^ - п)(1 - ^4 ) • (5)
где п - число совместных лет наблюдений в приводимом ряду и рядах аналогах; ^ — п) - число восстановленных членов ряда по уравнению регрессии; Я - коэффициент парной или множественной корреляции
Эквивалентные периоды, определённые с помощью формул (4) и (5), позволяют рассчитывать средние квадратические отклонения этих параметров непосредственно по формулам (2) и (3), если вместо п подставляется соответствующий Nэ с учётом числа фактических лет наблюдений [5] Например, число лет наблюдений на р^ Терисаккан у п Астраханский равно 38, вычисленное значение Nэ = 10,9, тогда значение п, подставляемое в формулу (2), будет 49 лет Результаты расчета по основным рекам бассейна р^ Елек приведены в табл^ 5^
После приведения рядов наблюдений к многолетнему периоду в 8 пунктах, из рассмотренных 14, погрешность расчёта нормы стока составила меньше 10 %, в 3 пунктах - меньше 15 %, в 2 пунктах меньше 20 %•
Погрешность коэффициента вариации минимального стока после приведения рядов наблюдений к многолетнему периоду также уменьшилось Число пунктов с погрешностью ОС < 10 % увеличилось до 7, с погрешностью ОС < 20 % - до 10^
Таким образом, по основным пунктам наблюдений бассейна р^ Елек определены статистические характеристики минимального месячного стока, летне-осеннего и зимнего периодов^ Характеристики стока вычислены для наблюденного ряда и ряда приведенного к многолетнему периоду • Произведена оценка точности параметров кривой распределения месячного стока
131
Таблица 5
Параметры минимального месячного стока бассейна р. Елек
Река - пункт "С 2 Ь, км Число лет За период наблюдений Многолетний период 1940. ,2010 гг.
0,м3/с Су а<2 ^ 0, м/с Су а<2 асу
Елек - Актобе 11000 69 3,60 0,33 0,66 0,04 3,62 0,99 0,55 0,04
Елек - Чилик 37300 56 11,3 0,54 1,15 0,08 11,6 0,50 0,95 0,07
Каргала - Каргалинское 5000 49 2,64 0,84 0,29 0,09 2,34 0,90 0,24 0,06
Карахобда - Альпайсай 2240 48 0,50 0,46 0,05 0,10 0,58 0,38 0,03 0,06
Актасты - Белогорский 45 53 0,01 0,53 0,004 0,11 0,02 0,57 0,001 0,09
Сарыхобда - Бессарабский 675 28 0,08 0,51 0,01 0,11 0,14 0,37 0,01 0,06
Терисбутак - Белогорский 19,8 41 0,02 0,34 0,002 0,08 0,03 0,46 0,002 0,07
Терсаккан - Астраханский 446 38 0,11 0,33 0,01 0,07 0,13 0,27 0,005 0,03
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Ресурсы поверхностных вод СССР^ Т 12^ Нижнее Повольжье и Западный Казахстан Вып 3^ Актюбинская область - Л^: Гидрометеоиздат, 1966^ - 514 с
2^ Давлетгалиев СК, Садвакасова СР, Оспанова МС Минимальный сток реки Жайык // Вопросы географии и геоэкологии - 2013^ - №2^ -С 16-22^
3^ Давлетгалиев СК Оценка точности параметров кривых распределения годового стока рек Урало-Эмбинского района // Гидрометеорология и экология• - 2007^ - №3^ - С85-93^ 4^ СП 33-101 Определение основных расчетных характеристик - М^:
Стройиздат, 2003^ - 72 с 5^ Рождественский АВ, Ежов АВ, Сахарюк АВ Оценка точности гидрологических расчетов - Л^: Гидрометеоиздат, 1990^ - 276 с
Поступила 22^01^2015
Геогр^ гылымд^ докторы СК Давлетгалиев
МС Оспанова
ЕЛЕК АЛАБЫНЬЩ БАСТЫ ЭЗЕНДЕРШЩ АЙЛЬЩ МИНИМАЛ АГЫНДЫЛАРЫНЬЩ СИПАТТАМАЛАРЫ
Елек алабыныц басты езендертщ жаз-кузд1к жэне щыстыщ кезецдергшц минимал агындыларыныц статистикалыщ параметрлерг келтгрыген. Айлыщ минимал агындылар улестгргмдерг параметрлертщ дэлд1г1 багаланган.
133
