CC BY
44
менения содержания N0^ NH4, К20 в почве во ремени // Повышение эффективности мелиорируемых и использования водных ресурсов в мелиорации: сб. трудов. - М: МГМИ, 1987. - С. 9.
5. Маркин В. Н., Костюков И. С. Изучение стохастического процесса изменения концентрации нитратов в грунтовых водах // Комплексные мелиорации: сб. трудов. - М: МГМИ, 1986.- С. 8.
6. Шабанов В. В., Маркин В. Н. Прогноз изменения концентрации биогенов в дренажном стоке // Комплексное мелиоративное регулирование: сб. трудов. - М:
МГМИ, 1988. - С. 9.
7. Биленко В. А. Заиление водохранилищ на реке Нарын [Электронный ресурс]. - URL: http://www.planet.elcat. kg/ ?cont=article&article=6 (дата обращения 16.06.2013).
8. Доспехов А. А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 416 с.
Материал поступил в редакцию 07.04.14. Маркин Вячеслав Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры комплексного использования водных ресурсов и гидравлики E-mail: MVNarkin@mail.ru
УДК 502/504 : 556 Н. ДЖАНДАГИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К. А. Тимирязева», г. Москва
МОДЕЛИРОВАНИЕ РЯДОВ РЕЧНОГО СТОКА РЕК ИРАНА
В статье рассматривается исследование двух речных бассейнов,расположенных на территории Ирана - Гарасу и Хаблируд. Ряды наблюдений на этих водосборах ограничены 30 годами и содержат небольшое количество сочетаний маловодных и многоводных периодов. Уточнены вероятностные характеристики перспективного водопользования на основе моделирования гидрологических рядов. Получены вероятностные характеристики перспективного водопользования из поверхностных источников и возможного регулирования стока на реках Хаблируд и Гарасу. Проведено сравнение искусственных смоделированных и исходных гидрологических рядов годового стока,рассмотрена степень различия их статистических параметров. Различия между ними устанавливались по величине средних квадратических ошибкок исходного ряда наблюдений. Показана высокая (94,7 %) обеспеченность плановой годовой водоотдачи в естественных условиях реки Хаблируд является достаточно высокой,что свидетельствует о достаточности сезонного регулирования стока. Для реки Гарасу обеспеченность плановой годовой водоотдачи составляет всего 70,2 %, что обуславливает необходимость проведения мероприятий по многолетнему регулированию.
Стохастическое моделирование, речной сток, водохранилище, реки Ирана.
The article considers investigation of two river basins situated in the territory of Iran - Garasu and Khablirud. The observation series on these water catchments are limited by 30 years and contain a small quantity of combinations of shallow and high water periods. Probability characteristics are defined for a perspective water use on the basis of simulation of hydrological series. There are obtained probability characteristics of the perspective water use from surface sources and possible flow regulation on the rivers Garasu and Khablirud. Comparison of artificial simulated and initial hydrological series of an annual flow was carried out,the degree of their difference of statistical parameters was considered. Differences between them were established according to the value of quadratic mean errors of the initial series of observations. There was shown a high (94,7 %) provision with a planned annual water yield under the natural conditions of the Khablirud river which confirms a sufficiency of the flow seasonal regulation. For the river Garasu provision with a planned annual water yield is only 70,2 % which stipulates the necessity of arranging measures on the long-term regulation.
Stochastic simulation, river flow, reservoir, rivers of Iran.
В последнее время на практике широко используются искусственные длительные гидрологические ряды. Они позволяют более объективно оценивать вероятностные характеристики показателей водопользования и регулирования стока, для которых практически невозможно подобрать какой-либо теоретический закон распределения случайных величин.
Для проведения исследований были выбраны два речных бассейна, расположенных на территории Ирана, Гарасу
и Хаблируд (рис. 1, 2). Ряды наблюдений на этих водосборах ограничены 30 годами, то есть они содержат небольшое количество сочетаний мало- и многоводных периодов. Река Гарасу с площадью бассейна 1638 км2 и длиной 100 км впадает в Каспийское море. Река Хаблируд с площадью бассейна 3270 км2 и длиной 117 км впадает в озеро Намак. Режим стока анализируемых бассейнов существенно отличается от режима водопользования [1, 2].
Рис. 1. Гидрографическая карта и географическое расположение речного бассейна Гарасу
Е:оае[| БШШ
§ \ 1 ! \
/ Намрто\ / дгт ж
V ¿Симиндашт 1 /1
г Бснкух к¿^
&ВШВ тжво
1
/ Г
Название символ
Гидростанция •
Водотоки
Речной бассейн /V
N
4
Шкала
О 10 20Км
Рис. 2. Гидрографическая карта и географическое расположение речного бассейна Хаблируд
Целью данной работы является уточнение вероятностных характеристик перспективного водопользования на основе моделирования гидрологических рядов. В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
проверка существующей методики моделирования искусственных рядов относительно их адекватности исходным данным наблюдений для условий основных рек Ирана;
оценка вероятностных характеристик перспективного водопользования из поверхностных источников и возможного регулирования стока на реках Хаблируд и Гарасу.
Искусственные гидрологические ряды моделировались методом Монте-Карло [3, 4] продолжительностью 1000 лет на основе следующих характеристик исходных гидрологических рядов: среднее значение Q, коэффициент вариации С^ коэффициент асимметрии С , коэффициент автокорреляции г.
По найденным для исходного ряда
параметрам строились аналитические кривые обеспеченности модульных коэффициентов годового стока при использовании таблиц трехпараметрического гамма-распределения. Затем случайным образом моделировались значения обеспеченности р., подчиняющихся равномерному закону распределения с помощью специальной программы, имеющейся в математическом обеспечении ПЭВМ. По полученным значениям р. и определенным значениям Q, С и С, с учетом г моделировались значения Я1о помощью выбранных аналитических кривых обеспеченности модульных коэффициентов [3, 4].
Для оценки адекватности искусственных смоделированных гидрологических рядов годового стока относительно исходных рядов наблюдений анализировалась степень различия их статистических параметров. Различия между ними сравнивались с их средними квадратиче-скими ошибками исходного ряда наблюдений (табл. 1, 2).
Таблица 1
Сравнение значений статистических параметров годового стока между исходными и смоделированными данными реки Хаблируд
Я = 7,30 ^"исходные 7 Я = 7,42 ^ модель 7 Ошибка Я 7,37 % (^/Омодель)-100 = 1,63
С = 0,4 V, исходные С = 0,4 V, модель Ошибка С, 13,63 % (АС / С )-100 = 0,39 4 V' V, модель7
г = 0,41 исходные г = 0,43 модель Ошибка г 15,48 % (Аг/ г )-100 = 4,67 модель
С = 0,8 s, исходные 7 С = 0,58 s, модель 7 Ошибка Сб 29,07 % (АС / С )-100 = 38,65 ^ б' s, модель-' 7
Таблица 2
Сравнение значений статистических параметров годового стока между исходными
и смоделированными данными реки Гарасу
Я = 1,93 исходные Я = 1,97 модель Ошибка Я 9,86 % (АЯ/Ям0дель)^100 = 2,03
С = 0,54 V, исходные 7 С = 0,53 V, модель 7 Ошибка С 14,12 % V * (АС / С )-100 = 1,69 ^ V' V, модель' 7
г = 0,42 исходные г = 0,44 модель Ошибка г 15,29 % (Аг/ г )-100 = 4,55 модель
С = 1,08 s, исходные 7 С = 0,78 s, модель 7 Ошибка СБ 47,06 % (АС / С )-100 = 38,46 ^ б' s, модель' 7
Из представленных данных видно, что различия основных статистических параметров значительно меньше их относительных средних квадратических ошибок, вычисленных по формулам для 30-летнего ряда. Следовательно, наблюденный и смоделированный
2' 2015
ряды можно считать рядами из одной генеральной совокупности случайных величин.
На основе практики водопользования из поверхностных источников бассейнов рек Гарасу и Хаблируд, а также оценки перспективного водопользования были
(б1)
определенны годовые значения объемов водопотребления П из речных систем этих бассейнов: для Гарасу ПГар = 40 млн м3, для Хаблируд ПХабл = 103,8 млн м3.
По искусственным длительным гидрологическим рядам была оценена частота появления дефицитных лет, кото-
рая принимались за вероятность рэтого события. Обеспеченность планового водопользования рассчитывалась так:
Ра = (1 - Рд) ^ 100 %.
Также оценивался максимальный годовой объем V дефицитов воды. Результаты расчетов представлены в таблице 3.
Таблица 3
Оценка характеристик водопользования при естесвенном стоке
Река Параметр
Рд' % Р.. % V , млн м3 д
Гарасу Хаблируд 0,298 0,053 70,2 94,7 29,1 79,5
Данные таблицы 3 свидетельствуют, что обеспеченность планового водопользования водами реки Хаблируд достаточно высокая и составляет 94,7 %. У реки Гарасу этот показатель значительно ниже и достигает только 70,2 %. Следовательно для повышения степени водопользования в бассейне реки Гарасу необходимо предусмотреть создание водохранилища.
Предварительный анализ разностной интегральной кривой стока и плановой водоотдачи показал, что в сложившихся условиях вероятно появление подряд нескольких дефицитных лет (рис. 3, 4). Максимальные возможные дефициты водопользования в бассейне Гарасу составили 192,76 млн м3, в бассейне Хаблируд - 112,48 млн м3. Максимальные временные периоды дефицита водопользования для бассейнов рек Гарасу и Хаблируд составили 15 лет и 4 года соответственно.
Рис. 3. Разностная интегральная кривая стока W и водоотдачи и в бассейне реки Гарасу
Рис. 4. Разностная интегральная кривая стока W и водоотдачи и в бассейне реки Хаблируд
Была проведена вероятностная оценка появления дефицитных п лет и соответствующих суммарных максимальных дефицитов. С помощью смоделированных данных сформированы ряды стока 2, 3, 4, 5 лет. Были рассчитаны суммарные дефициты и определена вероятность появления дефицитов за эти интервалы, а также фиксировалась величина максимального суммарного дефицита Уд (табл. 4).
Анализ данных таблицы 4 показал, что суммарный дефицит постоянно повышается с увеличением продолжительности непрерывного периода дефицитов для условий реки Гарасу в отличие от Хаблируд. Можно сделать вывод, что на реке Гарасу необходимо проводить многолетнее регулирование стока, а на реке Хаблируд - достаточно сезонное. Вероятность превышения суммарных дефицитов воды показана на рисунке 5.
Таблица 4
Вероятностные характеристики водопользования при естественном стоке
Бассейн n, лет р», % р.- % V , млн м3 д
2 0,236 76,4 56,4
3 0,207 79,3 75,5
Гарасу
4 0,188 81,2 78,0
5 0,160 84,0 93,3
2 0,028 97,2 56,1
3 0,030 97,0 65,0
Хаблируд
4 0,004 99,6 26,9
5 0,005 99,5 7,4
Гарасу этот показатель составляет всего 70,2 %, что обуславливает необходимость проведения мероприятий по многолетнему регулированию стока.
1. Джандаги Н., Белолюбцев А. И.
Рациональное управление водопользованием в изменяющихся антропогенных и климатических условиях Ирана // Международный научный журнал. -2014. -№ 2. - С. 81-87.
2. Джандаги Н. Анализ изменений речного стока бассейнов Ирана в условиях потепления климата // Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоно-сов-2014»: материалы конференции. -М.: МГУ, 2014. - С.
3. Сванидае Г. Г. Математическое моделирование гидрологических рядов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 296 с.
4. Ilinitch V. V., Gmorshuk N. Simulation of hydrological time series of river flows to Kama cascade of water reservoirs // Agriculture and Natural Resources: Proc. the second international Iran and Russia conference. - М., 2001. - Р. 286-290.
Материал поступил в редакцию 03.09.14. Надер Джандаги, аспирант Тел. 8 (499) 977-73-55 E-mail: nader.jandaghi@yahoo.com
40
>40 >70 > 100
Дефициты ио до пользования, млн ы'1 Рис. 5. Повторяемость превышения суммарных дефицитов воды, вычисленная по искусственным 1000-летним гидрологическим рядам речного стока: 1 - река Гарасу; 2 - Хаблируд
Выводы
Использованная в данной работе методика моделирования искусственных гидрологических рядов является вполне адекватной относительно исходных рядов наблюдений для условий функционирования основных рек Ирана. Обеспеченность плановой годовой водоотдачи в естественных условиях реки Хаблируд является достаточно высокой и составляет 94,7 %, поэтому не требуется проводить регулирование стока или достаточно только сезонное регулирование. Для реки
