CC BY
12
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2016. No3 (42)
УДК 556.161
КОРРЕЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ ОБЪЕМА ТАЛЫХ ВОД НА ОСНОВЕ МНОГОЛЕТНИХ НАБЛЮДЕНИЙ СЕЗОННЫХ УРОВНЕЙ СНЕГОЗАПАСА НА УЧАСТКЕ ВОДОСБОРА РЕКИ ЧАРЫШ (АЛТАЙСКИЙ КРАЙ)
В.Ю. Филимонов, Н.А. Балдаков, А.В. Кудишин
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail: [email protected]
В работе проведено исследование корреляционных связей объема талых вод, поступающих в русло за период снеготаяния, и соответствующих снегозапасов по данным гидропоста и метеопоста, расположенных на расстоянии 465 км от истока реки Чарыш (Алтайский край). Установлено, что коэффициент корреляции зависит от времени наблюдения, при этом корреляционная связь является наиболее тесной (коэффициент корреляции 0,94) для периода наблюдения 54 суток от начала снеготаяния.
Ключевые слова: гидрология, гидравлика, математическое моделирование, речной сток, снежный покров.
Дата поступления 2.09.2016
Запас воды в снежном покрове на водосборах горных и равнинных рек является важным фактором формирования объема весеннего стока, поэтому изучение корреляций уровней снегоза-паса на водосборах и объема талых вод, поступающих в русло за период снеготаяния, является одной из актуальных задач гидрологии [1]. В этом случае необходима надежная информация о снегозапасах на водосборе участка русла от истока до точки наблюдения (гидропост, метеостанция). Определение снегозапасов на больших площадях водосборов связано с большими техническими трудностями [2]. В связи с этим возникает вопрос о возможности корреляции уровней снегозапасов, определенных на участках водосборов малой протяженности, и интегральным объемом талых вод, поступающих в русло от истока до точки наблюдения. Для корректной оценки объемов, поступающих в русло на данном участке за определенный период, необходимо проанализировать данные многолетних наблюдений как по объемным расходам, так и по
уровням снегозапасов в непосредственной близости от гидропостов. В настоящей работе проведено изучение корреляций снегозапасов и объемов весеннего стока по данным гидропоста и метеостанции, расположенных на реке Чарыш (Алтайский край). Использовались данные по объемным расходам гидропоста населенного пункта «Чарышский» (река Чарыш, Алтайский край, рис.1).
Как следует из рисунка, гидропост (свх.Чарышский) и метеостанция (с. Усть-Калманка) находятся на расстоянии около 7 км друг от друга. Расстояние от створа гидропоста до истока составляет 465 км по руслу. Задачей настоящего исследования является определение корреляционных связей между средним уровнем снегозапасов для равнинной части водосбора (по данным маршрутных снегосьемок метеостанции у населенного пункта Усть-Калманка) и объемов талых вод, проходящих через створ гидропоста на различных этапах снеготаяния. Анализ данных проводился на интервале 01.04 - 29.07 для нескольких лет.
Рис. 1. Участок водосбора реки Чарыш
На рисунке 2 представлены характерные зависимости расходов и объемов от времени за период 01.04 - 29.07 для 1975 г. Как следует из рисунка 2, кривая расходов имеет четко выраженный максимум. Максимальное значение расхода соответствует точке перегиба на кривой объемов и приходится на 5 июня. До точки перегиба наблюдается быстрый рост объема талых вод, что обусловлено процессом активного снеготаяния. Выше точки перегиба происходит снижение величины объемного расхода и соответствующее замедление скорости роста объема. Вполне естественно предположить, что указанная дата определяет окончание формирования талого стока в окрестности пункта наблюдения. На рисунке 3 приведены графики корреляционной связи по данным многолетних наблюдений для различных периодов наблюдения сезонного снеготаяния.
Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что максимальный коэффициент корреляции ^-0,94) соответствует периоду наблюдения 1=54 сут. (прямая 1, рис. 3). При этом с ростом периода наблюдения, коэффициент корреляции уменьшается. Прямая
2 (рис. 3) соответствует максимальному периоду наблюдения: t=121сут. (по 01.08). Как следует из рисунка, корреляционная связь для продолжительного периода наблюдения (прямая 2, рис. 3) не является тесной. Аналогично с уменьшением времени наблюдения коэффициент корреляции снижается.
На рисунке 4 представлена зависимость коэффициента корреляции от периода наблюдения от 01.04. При построении зависимости для каждого интервала времени наблюдения строилась зависимость, аналогичная представленной на рисунке 3, и определялся соответствующий коэффициент корреляции.
Исходя из полученных результатов можно предположить, что полученное характерное значение времени наблюдения t=54 сут. определяет наиболее вероятный период формирования талого стока на водосборе. Действительно, в случае, если время наблюдения меньше периода снеготаяния, то малая величина коэффициента корреляции обусловлена тем, что процесс снеготаяния не завершен, и приведеные значения снегозапасов не соответствуют объему талых вод, поступивших в русло.
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2016. No3 (42)
Дата
Рис. 2. Характерные данные по гидропосту Чарышский за 1975 г.:
1 - объемные расходы воды; 2 - объемы воды, прошедшие через гидропост к моменту наблюдения. Значения объемов были получены численным интегрированием кривой расходов.
у=0.232329х+( 1.575798) ° R=0.938627(11 у=0.213665х+(1.306934) R=0.819119 (3) у=0.258023х+(1.996900) = R=0.801472 (4) _ у=0.240562х+(3.258493) D R=0.42583112) а о я.................-
-----2~~ m " [= J ZI сут. В
я • —----— - t = 65 сут. • _ — •
__--1----- — 1 ' ~ 3 : —■— ---' * 47 сут.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Масса Снега на единицу плсщади, г/см7
Рис. 3. Графики корреляционной связи между объемом талых вод, поступивших в русло (рис. 1) и соответствующим уровнем снегозапасов (масса снега на единицу площади) по данным метеостанции с. Усть-Калманка:
зависимость 1 - время наблюдения t, соответствующее максимально тесной корреляционной связи (R~0,94, t=54 сут.); зависимость 2 - время наблюдения t=121 сут. (R~0,43); зависимости 3 и 4 - корреляционные связи, соответствующие коэффициенту корреляции R=0,8 (рис.4).
Время в сутках от первого апреля
Рис. 4. Зависимость коэффициента корреляции от периода наблюдения в сутках от 01.04.
В случае, если время наблюдения больше периода снеготаяния, то формирование гидрографа определяется процессами, не связанными со снего-запасами на данном участке водосбора. Зависимости 3 и 4 (рис. 3) определяют интервал объемов, соответствующих коэффициенту корреляции R=0,8. Из рисунка 3 следует, что наклоны соответствующих корреляционных прямых близки.
Результаты и выводы
По данным многолетних наблюдений на участке водосбора реки Чарыш (Алтайский край) проведено исследование корреляционной связи между объемом талых вод, поступающих в русло, и соответствующими снегозапасами
вблизи гидропоста (равнинная часть водосбора) с начала периода снеготаяния.
Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках проекта СО РАН VIII.76.1.1 «Исследование процессов формирования стока и разработка информационно-моделирующих систем оперативного прогнозирования опасных гидрологических ситуаций для крупных речных систем Сибири».
Список литературы
1. Кучмент Л.С. Речной сток. - М.: Изд-во РАН, 2008. - 394 с.
2. Георгиевский Ю.М., Шаночкин С.В. Гидрологические прогнозы. - СПб, 2007. - 436 с.
References
1. Kuchment L.S. Rechnoy stok. - M.: Izd-vo RAN, 2008. - 394 s.
2. Georgiyevsky Yu.M., Shanochkin S.V. Gidrologicheskiye prognozy. - SPb, 2007. - 436 s.
CORRELATION MODEL OF MELTWATER DYNAMICS BASED ON LONG-TERM OBSERVATIONS OF SEASONAL SNOW COVER AT THE CHARYSH RIVER CATCHMENT (ALTAI KRAI) V.Yu. Filimonov, N.A. Baldakov, A.V. Kudishin
Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail: [email protected]
The paper studies the correlation between the meltwater entering the river channel during the period of snow melting and the snow cover according to the data from the gauging and weather stations located 465 km from the Charysh source (Altai Krai). It was found that the correlation coefficient depends on the time of observation, and the correlation was the closest (correlation coefficient 0,94) for the observation period of 54 days from the beginning of snow melting.
Key words: hydrology, hydraulics, mathematical simulation, river runoff, snow cover.
Received September 2, 2016
Установлено, что имеется корреляционная связь между снегозапасами, изученными на участке водосбора малой протяженности (около 2 км) и интегральным объемом талых вод, поступающих в русло на участке водосбора протяженностью 456 км. При этом коэффициент корреляции зависит от периода наблюдения. Выяснено, что наиболее тесная корреляционная связь соответствует периоду 54 суток от начала снеготаяния. Можно предположить, что указанный интервал времени соответствует наиболее вероятному значению периода формирования талого стока на равнинном участке водосбора. Полученные данные позволяют прогнозировать объем талых вод, поступающих в русло за период активного снеготаяния по известным величинам сезонных снегозапасов.
