CC BY
0Гидрометеорология и экология №3 2024
УДК 556.5.06
МРНТИ 37.27.21
НЕКОТОРЫЕ МОМЕНТЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОБЪЕМА
ПОЛОВОДЬЯ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННЫХ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ
С.Б. Саиров* к.г.н., Т.А. Тілләкәрім PhD, Н.Т. Серікбай
РГП «Казгидромет», Астана, Казахстан
E-mail: sairov_s@meteo.kz
В статье рассматриваются методы совершенствования прогнозирования объема стока
весеннего половодья. Основными объектами исследования являются реки Оба, Ульби и
Дресвянка, которые являются боковыми притоками Шульбинского водохранилища. Данные реки относятся к типу рек с весенне-летним половодьем и растянутым на более 2...3
месяцев стоком. Целью исследования является разработка методики прогнозирования
стока на основе связи между накоплением снега и стоком реки в весенний и летний периоды. Представлены результаты исследования гидрологических и метеорологических
факторов, влияющих на формирование стока, а также выведены уравнения для прогноза
стока в период весенне-летнего половодья и его продолжительности. Полученные уравнения множественной регрессии продемонстрировали высокую точность в моделировании объемов половодья, с коэффициентами корреляции между наблюденными и прогнозируемыми данными, находящимися в диапазоне от 0,79 до 0,91. Согласно расчетам по
критерию S/σ, полученные результаты свидетельствуют о хорошей воспроизводимости
наблюдаемых объемов половодья, с показателями в пределах 0,46…0,53.
Ключевые слова: методика прогнозирования, расход воды, осадки за холодный период, температура
воздуха, продолжительность половодья, Шульбинское водохранилище.
Поступила: 17.09.24
DOI: 10.54668/2789-6323-2024-114-3-7-19
ВВЕДЕНИЕ
Движущей
силой
возникновения
весеннего половодья для Казахстанских рек
является снегонакопление за зимний период
и их таяние. Оно характеризуется ежегодной
повторяемостью в один и тот же сезон с разной
интенсивностью и продолжительностью для
рек одной климатической зоны в зависимости
от количества аккумулированного снега за зиму
(Волковская и др., 2019; Terekhov и др., 2020;
Kauazov и др., 2023; Tillakarim и др., 2023).
Половодье является главной фазой
водного режима рек, в течение которой
пропускает основную часть годового стока.
При высоких уровнях весенних половодий
река может выйти из русла на пойму,
нанося ущерб обжитой части поймы. Могут
отмечаться и низкие значения, которые не будут
затапливать пойменные озёра, приводящей в
дальнейшем их исчезновению и нарушению
водного баланса территории (Тореханова
и др., 2019; Семенова, Буковский., 2022).
В связи, гидрологические исследования, направленные на выяснения механизмов
формирования экстремальных (максимальных,
минимальных) величин стока рек в различных
географических условиях, являются весьма
актуальными задачами как с научной, так и с
практической точек зрения.
Прогнозирование паводков, вызывающимися таянием снежного покрова и льдов в
реках весной; сильными дождями и ветряными
волнами в районах вдоль побережья и устьев
рек, является сложной областью оперативной
гидрологии (Болатова, 2019). В Казахстане
наводнения создают серьезную угрозу для
населения, проживающего вдоль берегов крупных
рек, таких как, таких как Ертис, Жайык, Тобол,
Есиль, Иле и др. (Гальперин, 2013).
РГП «Казгидромет» для составления
гидропрогнозов в оперативную практику
внедрены численные концептуальные и полу7
Научная статья
Саиров, Тілләкәрім, Серікбай. Некоторые моменты совершенствования...
распределённые модели: HBV-light и SWIM,
основанных на упрощенных предположениях
водного баланса (Болатова и др., 2018, 2019;
Нурбацина и др. 2019, Serikbay и др. 2023,
Тиллакарим и др., 2023, Tillakarim и др., 2023,
Bolatova и др. 2023).
Модели
HBV-light
и
SWIM
адаптированы также для бассейнов рек Оба,
Ульби и Дресвянка и внедрены в оперативное
прогнозирование стока. Однако для горных
рек с продолжительным половодьем модели
имеют ограничения в прогнозировании его
объема. Это связано с тем, что долгосрочные
метеопрогнозы не могут предоставляться
с точностью по дням. Кроме того, следует
учитывать отсутствие модуля, моделирующего
сток в холодный период года, включая ледовые
процессы.
Дальнейшее
решение
проблем
долгосрочных прогнозов половодья, и других
фаз гидрологического режима, зависит
от выявления дополнительных новых
статистических зависимостей суммарно
приближенно
учитывающие
влияния
действующих факторов:
– атмосферные осадки, температура
воздуха, увлажненность почвы на формирование уровня и расхода воды,продолжительность
половодья,
паводка,
меженного
периода;
– даты перехода температур воды через
0,2 ˚С и воздуха через 0 ˚С и минус 5 ˚С определенные пороги на формирование ледовых
явлении на установление и разрушение ледостава.
Выбранный подход для прогноза, а
именно, статистической модели множественной
регрессии, когда зависимость будущего значения
от прошлого задается в виде уравнении, в данном
случае обусловлен следствием крайней ограниченности имеющейся гидрометеорологической
информаций.
Впоследствии
при
обнаружении
таких статистических зависимостей, мы
должны рассмотреть возможность внедрения
этих связей либо в вышеуказанные модели,
либо в разработке новой модели прогноза.
В данной работе объектом исследования были выбраны реки Оба, Ульби и
Дресвянка относящейся к Алтайскому типу
водного режима рек которой свойственна
весеннее половодье, растянутое на более 2…3
месяцев, повышенный летний сток и низкая
зимняя межень (Шульц, 1965). Сток рек
можно считать условно-естественными ввиду
отсутствия значительного водопотребления
и
водохозяйственного
использования.
Основным фактором формирования стока
является накопление влагозапасов в виде
снега за холодный период года. В связи с этим
возникает необходимость разработки методов
прогнозирования
отдельных
элементов
гидрографа стока, таких как половодье и
меженный сток, с учетом связи между снегом
и стоком в непрерывном цикле, принимая во
внимание только вклад снега.
Цель данной работы – рассмотреть
возможность разработки модели прогноза
стока весеннего половодья через определение
их связей с гидрометеорологическими и
другими факторами.
Для достижения поставленной цели
необходимо было решить следующие задачи:
–
сформировать
базу
данных
гидрологических
и
метеорологических
наблюдений по исследуемому бассейну;
– изучить закономерности связей
половодья от зимних осадков как основного
фактора формирования стока во время
половодья
и
зависимостей
суммарно
учитывающих влияние действующих факторов
в гидрологическом режиме реки и вывести
уравнения моделей прогноза стока весеннего
половодья, продолжительности половодья
и стока в период грунтового питания реки в
соответствии гидрологическим годом.
МАТЕРИАЛЫ
И
МЕТОДЫ
Описание
объекта
исследования.
Шульбинское водохранилище является одним
из крупных водохранилищ Иртышского
каскада,
емкость
которых
составляет
52,7 км3 комплекс-ного назначения. Общий
объём составляет 2390 млн м3, площадь 255 га.
Главными притоками водохранилища
являются реки Оба и Ульби (рис. 1).
Гидроузел осуществляет неполное сезонное
регулирование стока боковой проточности
ниже плотины Бухтарминской ГЭС при
природоохранных весенних попусках и при
прохождении летне-осенних паводков. Режим
водохранилища – полностью искусственный,
исключая период попусков рек Оба и
Ульби в период паводков. В апреле...мае
8
Гидрометеорология и экология №3 2024
водохранилище срабатывается более чем на
половину, чем обеспечивает орошение поймы
Ертиса (Водные ресурсы Казахстана, 2012).
Водный режим р. Ертис в районе
Шульбинского водохранилища в основном
определяется особенностями стока в верхней
части реки, сильно зарегулированного Бухтарминским и Усть-Каменогорским водохранилищами, и стока правобережных притоков
Ульби, Оба, Шульбинка и др., питающихся за
счет таяния горных снегов и выпадающих дождей. Бассейны рек Оба и Ульби составляют
75 % площади правобережной части бассейна
р. Ертис на участке между Усть-Каменогорским и Шульбинским водохранилищами.
Важной фазой гидрологического режима рек Оба и Ульби, необходимой для оценки их водности в весенний период, является
вскрытие ото льда. Начало ледохода на этих
реках наблюдается в среднем во второй декаде апреля. Даты поздних сроков вскрытия
совпадают со средней датой начала расчетных попусков воды из Бухтарминского водо-
хранилища. Весеннее половодье начинается
обычно через 5…8 суток после наступления
устойчивого перехода среднесуточных температур воздуха через 0 0С к положительным
значениям. Максимальные уровни и расходы
воды в период весеннего половодья обычно
наблюдаются в конце апреля – начале мая и
продолжаются 1…2 суток. Конец половодья
на реках Оба и Ульби происходит в весенне-летние (апрель...сентябрь) месяцы. Зимний сток имеет почти постоянную величину
и составляет 5…9 % годового. Сток весеннего половодья рек Оба и Ульби используется для осуществления специализированных
попусков с целью затопления поймы р. ниже
с.Шульба. Дата начала попусков соответствует дате наибольшего расхода за половодье, обеспеченного в течение 18 суток (Ресурсы поверхностных вод, 1969).
На карте показано расположение водосборной области с указанием мест наблюдения за стоком и метеорологических характеристик (рисунок 1).
Рис 1. Расположение объектов исследования
9
Научная статья
Саиров, Тілләкәрім, Серікбай. Некоторые моменты совершенствования...
Исходными данными служили данные государственной наблюдательной сети
РГП «Казгидромет». Использованы данные
3 гидрологических постов рек Оба, Ульби и
Дресвянка, а также данные метеорологических станции, расположенных на территории
водосборной области или на близлежащей
территории.
Гидрологический пост свайного типа,
замыкающий верхнее течение реки является р. Оба – с. Шемонаиха (F=8470 км2) расположена на правом берегу реки, в 0,5 км к
югу от города. Русло реки умерено извилистое, на участке поста – прямое, песчано-галечное, устойчивое. Наблюдения за уровнем
воды ведутся с 1954 года по настоящее время.
Гидрологический пост р. Ульби – с.
Ульби-Перевалочная (F=4900 км2) свайного типа, находится на левом берегу реки и
расположен в 300 м ниже впадения р. Киши
Ульби, в центре с. Каменный карьер к северу от села. Русло реки на участке поста
прямолинейное, валунно-галечное, деформирующиеся. Берега выстой до 3…4 м.
песчано-галечные, правый обрывистый, левый – крутой. Наблюдения за уровнем воды
ведутся с 1940 года по настоящее время.
Гидрологический пост р. Дресвянка
– с. Отрадное (F=986 км2) свайного типа,
находится на левом берегу реки и расположен на юго-восточной окраине села Отрадное. Русло реки на всем протяжении сильно
извилистое, на участке поста сравнительно
прямолинейное, песчано-гравийное, деформирующееся. Наблюдения за уровнем воды
ведутся с конца 2004 года по настоящее время.
В работе были использованы следующие гидрологические данные: расходы воды, уровни воды, объемы половодья, даты начала и конца половодья,
продолжительность половодья, минимальный расход воды в период зимней межени.
Метеорологические данные, которые
были использованы в данной работе: температура воздуха, атмосферные осадки. Для
реки Дресвянка в качестве метеорологических данных были использованы данные
измерении температуры воздуха и количества осадков, измеренных на территории
гидрологического поста. Общие сведения
о данных наблюдения приведены в табл. 1.
Имеющиеся гидрологические и метеорологические данные
Характеристики
Площадь водосбора, км2
Диапазон высоты
водосбора, м
Период наблюдений
Метеостанции (МС)
Период наблюдений МС
Таблица 1
р.Оба-г.Шемонаиха
Река-пункт
р.Ульби-с.УльбиПеревалочная
8470
4900
р. Дресвянка – с.
Отрадное
986
297...2752
335...2746
279...793
1954...2023
Шемонаиха,
Лениногорск
1934...2023
1940...2023
Усть-Каменогосрк,
Лениногорск
1926...2023
2005...2023
Методика исследования. В настоящее
время сформулировны два основных принципа
установления начала гидрологического года:
а) в пределах выбраннго (12-месячного) гидрологического года должен завершаться цикл накопления и расходования влаги
в водосборе;
б) коррелятивная связь между осадками и стоком в пределах выбранного гидроло-
ГП Отрадное
2011...2023
гического года должна быть наиболее тесной.
В большинстве стран мира начало гидрологического года устанавливают на основе первого принципа. При этом за начало
гидрологического года принимают обычно
среднюю дату наступления (1/Х) осеннего сезона (округленную до ближайшего начала месяца). Осеннее начало гидрологического года в разных странах различно.
10
Гидрометеорология и экология №3 2024
В странах СНГ началом гидрологического года
для подавляющего большинства водосборов
принят с даты установления снежного покрова.
Многие авторы исходя из второго принципа выбора гидрологического года и указывая, что для года с началом 1/V получаются
наиболее тесные коррелятивные связи между
годовыми осадками и годовым стоком, время,
когда водосбор насыщен влагой до предела.
В данной работе для водосборов рек
Оба, Ульби и Дресвянка началом гидрологического года был выбран март, обусловленный тем, что максимальные запасы влаги и
начало половодья в отдельные годы приходятся на этот месяц. Используя данные ежедневных расходов воды, были построены
гидрографы стока для каждого года и определены даты начала и окончания половодья.
Для выполнения статистического анализа гидрологических характеристик рассматриваемых рек применялись парная (r), когда
зависимая переменная связана более чем с одной независимой переменной множественная
регрессионные анализы (r). Применимость и
качества оценивались по отношению средней
квадратичной ошибки проверочных прогнозов (S) к среднему квадратичному отклонению
(σ) находящихся в допустимых диапазонах.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В дальнейшем будут рассмотрены
корреляционные анализы связи, таких параметров как, осадки за холодный период
(снег), суммарная среднесуточная температура воздуха за период активного таяния
снега и продолжительность половодья влияющих на формирование объемов половодья и пополнения запасов подземных вод.
На основе полученных связей для получения
уравнений регрессии и с добавлением еще
одного косвенного фактора полученный посредством гидрологических наблюдений за
стоком, о чем будет идти речь ниже.
Прогнозирование объема половодья.
Парная корреляция объема половодья с накопленными осадками за холодный период года
(ноябрь...апрель) (рис.2) показала неудовлетворительный результат с низким критерием
применимости для воспроизведения прогнозных данных.
р. Ульби с. Ульби-Перевалочная
y = 15,185x + 1221,2
R² = 0,262
7000
6000
Объем воды в период
половодья, млн.м3
Объем воды в период
половодья, млн.м3
р. Оба - с. Шемонаиха
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
100
200
300
Количество осадков за холодный период
(XI...III), мм
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
100
y = 7,607x + 865,66
R² = 0,2315
200
300
Количество осадков за холодный период
(XI...III), мм
Объем воды в период
половодья, млн.м3
р. Дресвянка - с. Отрадное
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
y = 0,0624x + 29,293
R² = 0,0212
0
100
200
300
Количество осадков за холодный период
(XI...III), мм
Рис 2. Зависимость объема половодья рек Оба, Ульби и Дресвянка от сумм атмосферных осадков за
холодный период года (ноябрь…март)
11
Научная статья
Саиров, Тілләкәрім, Серікбай. Некоторые моменты совершенствования...
Далее был применен метод множественной корреляции с использованием дополнительных факторов, такие как среднесуточные температуры воздуха за период половодья
(апрель...июнь) и продолжительности половодья. И эти дополнительные факторы существенно улучшили показатель коэффициента
корреляции с удовлетворительным результатом, с критерием применимости возросшего
до равным S/σ = 0,69 для р. Оба и 0,76 для
реки Ульби, однако для р. Дресвянка оценка
применимости методики, показало не удовлетворительный результат равный 2,78 (табл. 3).
Также учитывая, что в апреле оттаиванию подвергаются только предгорная и низкогорная части бассейнов, и активизация таяния
среднегорной и высокогорья начинается со
второй половины мая, температурный фактор
анализа множественной корреляции осредненный за апрель...май заменен усредненной температурой воздуха за период апрель...июнь.
Вместе с тем, общеизвестно, что часть
влагозапасов зимних осадков, фильтруясь,
уходит на пополнение запасов подземных вод,
оценку которой можно произвести через разницу объема стока с окончания весеннего половодья за предыдущий год и минимального объ-
ема стока за холодный период текущего года.
Этот показатель будет являться гидрологической характеристикой количественной оценки насколько освободились
влагоемкость почво-грунтов водосбора от
общей влагоемкости водосбора со времени окончания половодья прошедшего года
к времени начала будущего половодья.
Данный показатель обозначим символом ∆Wi-1, который вводится тоже как одним
из основным фактором для прогноза формирования будущего весеннего половодья (табл. 2).
Формула расчёта выглядит следующим
образом:
∆Wi-1=Wполi-1-Wмеж
где ∆Wi-1 – объем влагоразгрузки
почвогрунтовых вод на питание общего меженного стока или потенциальная влагоемкость для пополнения инфильтрационными
водами во время прохождения половодья;
Wполi-1 - суточный объем воды на конец
половодья прошедшего года;
Wмеж - минимальный суточный объем
воды за холодный период перед началом будущего половодья.
Определение показателя ∆W на примере реки Оба
Таблица 2
i-1
Годы
1959…1960
1960…1961
1961…1962
…
2020…2021
Суточный объем воды на
конец половодья, Wпол
млн.м3
180,0
144,0
208,0
…
109,0
Минимальный суточный
объем воды за холодный
период, Wмеж млн.м3
…
29,4
27,6
…
7,0
Результат
добавления
показателя
i-1
∆W как одного из факторов факторов в многомерную корреляционную модель расчета
объемов половодья привело к улучшению
коэффициентов корреляции между объемами
половодья и множественными предикторами: для реки Оба до 0,86, для реки Ульби до
0,91, а для реки Дресвянка до 0,79. Значение
применимости методики прогнозирования
равна S/σ = 0,53, 0,46, 0,49, соответственно
для рек Оба, Ульби, Дресвянка (таблица 4).
При сравнительном анализе типовых гидрографов этих рек выявлено, что
Объем водопоглощения
грунтов бассейна, ∆Wi-1
млн.м3
…
150,6
116,4
…
102,0
на тесноту связи между показателем ∆Wi-1
влияет в основном продолжительность половодья, которое в свою очередь зависит
от морфометрических характеристик, таких как площадь, высота, уклон и форма водосбора (вытянутый, компактный и др.).
Водосборы с более компактной формой, как у реки Ульби, имеют короткое время
добегания, что усиливает пик половодья. Водосборы вытянутой формы например, как у
реки Буктырма, растягивают сток во времени,
смягчая пик.
12
Гидрометеорология и экология №3 2024
Динамика
результатов
наблюдений и прогнозные значения приведены на
рисунке 3. Характеристики множественной корреляции приведены в таблице 4.
В то же время, если учесть тенденцию интенсивного потепления климата и
усиливающееся таяние ледников в рассматриваемых бассейнах рек, можно ожидать
дальнейшего увеличения водности реки до
полного исчезновения ледников в ближайшем
р. Оба - с. Шемониха
4000
3000
2000
Объем воды, млн.м3
1998
1995
1992
1989
1986
1983
1980
1977
1974
1971
1968
1965
1962
1000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1959
1961
1963
1965
1967
1969
1971
1973
1975
1977
1979
1981
1983
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
Объем воды, млн.м3
5000
70,0
р. Ульби - с. Каменный Карьер
4000
6000
1959
Объем воды, млн.м3
7000
0
будущем (прогнозируемом через 30…40 лет).
Принимая во внимание эту тенденцию в дальнейшем для построения модели
прогнозирования формирования весеннего
половодья и меженного стока чисто снегового генезиса с исключением паводков дождевых и ледниковых составляющих, была
проведена проверка полученных множественных регрессионных уравнений (табл. 3) за период
2000…2023 гг. для рек Оба и Ульби (табл. 5, рис. 4).
р. Дресвянка - с. Отрадное
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
Рис 3. Наблюденные и рассчитанные по уравнениям объемы половодья
Полученные результаты прогнозирования объемов половодья с 2000 по 2023 гг.
(табл. 5, рис. 4), показали, что данная методика может быть использована для дальнейшего
применения при прогнозировании формировании половодья в результате таяния снега.
В данном случае отношение средней
квадратичной ошибки проверочных прогнозов (S) к среднему квадратичному отклонению (σ) свидетельствует о достаточно высокой адекватности и применимости данного
подхода в оперативной практике, а также
в других исследовательских и прикладных
направлениях.
13
2011…2023
Дресвянка
2011…2023
Дресвянка
2000...2023
2000…2023
Оба
Ульби
Период
1958…1999
Ульби
Река
1958…1999
Оба
Период
1958…1999
Ульби
Река
1958…1999
Период
Оба
Река
13
40
40
Годы
0,78
0,68
0,74
R
11.9
440
738
σстанд.
13
40
40
Годы
0,79
0,91
0,86
R
12,4
267,0
574,2
σстанд.
Xосадки (II...IV), Tвоздуха (V...VII),
Lпрод.пол, дни, ∆Wi-1 объем вдг
Xосадки (XI...IV), Tвоздуха (V...VII),
Lпрод.пол, дни, ∆Wi-1 объем вдг
Факторы
23
23
Годы
0,80
0,90
R
594
1090
σстанд.
Уравнения
регрессии
Y = 38,6 * Lпрод.пол, + 9,0 * Xосадки – 98,4
* Tвоздуха + 7,7 * ∆Wi-1 + 20,7 * Qmin –
1161,6
Y = 19,3 * Lпрод.пол, + 3,6 * Xосадки – 34,5
* Tвоздуха + 9,7 * ∆Wi-1 – 2,0 * Qmin –
552,4
0,51
0,35
S/σ
0,49
0,46
0,53
S/σ
86 %
89 %
Оправдываемость
Таблица 5
Y = 19,3 * Lпрод.пол, + 3,6 * Xосадки – 34,5 * Tвоздуха + 9,7 *
∆Wi-1 – 2,0 * Qmin – 552,4
Y = 0,68 * Lпрод.пол, + 0,03 * Xосадки – 0,27 * Tвоздуха – 0,87
* ∆Wi-1 + 1,62
Y = 38,6 * Lпрод.пол, + 9,0 * Xосадки – 98,4 * Tвоздуха + 7,7 *
∆Wi-1 + 20,7 * Qmin – 1161,6
Уравнения
регрессии
Результаты прогнозирования объемов весеннего половодья за 2000…2023 гг.
Xосадки (XI...IV), Tвоздуха (V... VII),
Lпрод.пол, дни, ∆Wi-1 объем вдг.,
Qmin зим
Xосадки (II...IV), Tвоздуха (V...VII),
Lпрод.пол, дни, ∆Wi-1 объем вдг
Xосадки (II...IV), Tвоздуха (V...VII),
Lпрод.пол, дни, ∆Wi-1 объем вдг
Факторы
2,78
0,76
0,69
S/σ
Таблица 4
Y = 0,68 * Lпрод.пол, + 0,04 * Xосадки – 0,77 * Tвоздуха +10.9
Y = 10,9 * Lпрод.пол, + 7,4 * Xосадки – 155,9 * Tвоздуха + 1584,3
Уравнения
регрессии
Y = 27,8 * Lпрод.пол, + 13,1 * Xосадки – 222,5 * Tвоздуха + 2155,7
Регрессионная статистика и уравнении прогнозов объема половодья
Xосадки (XI...IV), Tвоздуха (V...VII),
Lпрод.пол, дни
Xосадки (II...IV), Tвоздуха (V...VII),
Lпрод.пол, дни
Xосадки (II...IV), Tвоздуха (V...VII),
Lпрод.пол, дни
Факторы
Регрессионная статистика и уравнении прогнозов объема половодья
Таблица 3
Научная статья
Саиров, Тілләкәрім, Серікбай. Некоторые моменты совершенствования...
14
Гидрометеорология и экология №3 2024
2023
2021
2019
2017
2015
2013
2011
2023
2021
2019
2016
2014
2012
2010
2008
2006
2004
0
2002
1000
2009
2000
2007
3000
2005
4000
р. Ульби - с. Каменный Карьер
2003
Объем воды, млн.м3
5000
2000
Объем воды, млн.м3
6000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
2000
р. Оба - с. Шемонаиха
7000
Рис 4. Наблюденные и рассчитанные объемы половодья за период 2000…2023 гг.
Прогнозирование продолжительности
половодья. Немаловажной характеристикой
весеннего половодья является его продолжительность который теоретический напрямую
зависел бы от сумм атмосферных осадков за
холодный период, средней температура возду-
ха за период половодья, дата начала половодья,
в ходе проведения множественного регрессионного анализа которых получены результаты
r=0,71 и S/σ = 0,74 для реки Оба, r=0,69 и S/σ =
0,78 для реки Ульби и r=0. и S/σ = 0, для реки
Дресвянка (таблица 6).
Регрессионная статистика и уравнении прогнозов объема половодья
Период
Оба
Ульби
Факторы
Годы
R
σстанд.
Xосадки (XI...IV),
Tвоздуха (IV...VII),
Dдата.нач.пол, день,
Qмин.зим.меж.,
∆Wi-1 объем вдг
Xосадки (II...IV),
Tвоздуха (V...VII),
Dдата.нач.пол, день,
Qмин.зим.меж.,
∆Wi-1 объем вдг.
41
0,71
9,8
41
0,69
9,0
Но в то же время с добавлением косвенного показателя ∆W подземного водопоглощения бассейна реки намного улучшились статистические характеристики
уравнения множественной регрессии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все рассмотренные факторы, такие как
атмосферные осадки, температура воздуха,
увлажненность почвы на формирование на
уровне и расхода воды, продолжительность
половодья, паводка, меженного периода показали значимые результаты для дальнейшего их использования в прогностической
Уравнения
регрессии
Y = 0,05*Xосадки – 0,04*∆Wi-1 – 6,04*
Tвоздуха – 0,98* Dдата.нач.пол – 0,02*
Qмин.зим.меж + 44667
Y = 0,01*Xосадки – 0,06*∆Wi-1 – 5,83*
Tвоздуха – 0,96* Dдата.нач.пол – 0,09*
Qмин.зим.меж + 43518
Таблица 6
S/σ
0,74
0,78
модели формирование весеннего половодья.
В то же время в проделанной работе
применен дополнительный фактор исходящих из разностей гидрологических характеристик, косвенно обрисовывающий показатели водоемкости почво-грунтов водосборов
рек Оба, Ульби и Дресвянка, наравне с другими основными гидрометеорологическими
факторами влияющих на формирование весеннего половодья и меженного стока чисто
снегового генезиса, который хоть и ненамного, но все-таки улучшил характеристики
множественного регрессионного анализа.
15
Научная статья
Саиров, Тілләкәрім, Серікбай. Некоторые моменты совершенствования...
Вновь вводимый дополнительный фактор показал свою работоспособность в применении для прогнозирования характеристик
таких как продолжительность половодья и меженного стока.
Для
прогнозирования
меженного стока без дождевых паводков этот фактор оказался единственным применимым с
хорошей результативностью показателем.
Этот фактор является комплексным
показателем учитывающий все свойства
почво-грунтов такие как влагоемкость, пористость, высота капиллярного поднятия воды,
коэффициент фильтрации грунтов и т.д. от которых зависит вся динамика подземного стока
всего водосбора и во время весеннего половодья, и во время меженного стока полученных
косвенным способом.
В то же время, применение всех факторов в совокупности позволил получить высокие коэффициенты с высокими критериями
применимости в прогностических моделях характеристик множественного регрессионного
анализа.
Результаты настоящей работы будут
использоваться для построения модели непрерывного прогнозирования фаз гидрологического режима рек Оба, Ульби и Дресвянка.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волковская Н. П., Мезенцева О. В. АНАЛИЗ
ФОРМИРОВАНИЯ ВЕСЕННЕГО ПОЛО-ВОДЬЯ
РЕКИ ИРТЫШ У ГОРОДА ОМСКА //ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ПРИРОДЫ: Материалы VIII Всероссийской с международным
участием научно-практической конференции. –
Томск: ООО «Парус», 2019. –85 с.
2. Terekhov, A.G., Ivkina, N.I., Abayev, N.N.,
Galayeva, A.V., Yeltay, A.G. Streamflow response of
the Ural River to basin snow depth changes during
2001-2019 Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa, 2020. –
17(5). – 181–190 р.
3. Kauazov A., Tillakarim T., Salnikov V., Polyakova
S. Assessment of changes in the area of snow cover in
Kazakhstan from 2000 to 2022 // Modern problems
of remote sensing of the Earth from space. – 2023. –
Т. 20. – №1. – С. 298–305.
4. Tillakarim, T., Kauazov, A., Gafurov, A., Sairov,
S. SPATIAL AND TEMPORAL VARIA-TION
OF WATER RESERVES IN SNOW COVER IN
THE NURA-SARYSU WATER BASIN. Izdenister
Natigeler. – 2023. – No3 (99). – 292–307 p. https://
doi.org/10.37884/3-2023/30
5. Тореханова, Н. С., Алдиярова, А. Е., Зулпыхаров, Б. А. Особенности формирования гидрологического режима реки Ертис на территории Казахстана в условиях антропогенной деятельности.
Проблемы развития сельскохозяйственных мелиораций и водохозяйственного комплекса на базе
цифровых технологий. – 2019. - № 2. – 218 с.
6. Семенова, А. В., Буковский, М. Е. Зависимость пика весеннего половодья в верховьях реки
Цны от климатических факторов. Географический вестник, – 2022. - №1 (60). – 87-99 с. doi:
10.17072/2079-7877-2022-1-87-99
7. Болатова А.А., Тиллакарим Т.А., Раимжанова
М.Н. Применение гидрологической модели HBV
для прогнозирования стока рек на примере бокового притока воды в Шульбинское водохранилище // Гидрометеорология и экология, 2019. – №3.
– 26-43 с.
8. Гальперин Р.И. Высокие половодья в Северной
половине Казахстана // Вопросы геогра-фии и геоэкологии, 2013. – № 1. – 3-10 с.
9. Болатова А.А., Тілләкәрім Т.А., Раимжанова
М.Н., Серікбай Н.Т., Багитова Б.Е., Болатов К.М.
Результаты калибрования гидрологической модели HBV для горных рек Казахстана // Гидрометеорология и экология, 2018. – №3. – 110-124 с.
10. Нурбацина, А. А., Дидовец, Ю., Лобанова, А.
Адаптация гидрологической модели SWIM для
прогнозирования стока равнинных рек Казахстана во время паводков/половодья. Гидро-метеорология и экология, 2019. – №3 (94). – 45-60 с.
11. Serikbay, N.T.; Tillakarim, T.A.; Rodrigo-Ilarri, J.;
Rodrigo-Clavero, M.-E.; Duskayev, K.K. Evaluation
of Reservoir Inflows Using Semi-Distributed
Hydrological Modeling Techniques: Application to the Esil and Moildy Rivers’ Catchments in
Kazakhstan. Water. 2023. - No15. – 2967 p. https://
doi.org/10.3390/w15162967
12. Тиллакарим, Т., Серикбай Н., Сатмурзаев
А., Саиров, С. Моделирование стока горных рек
Илейского Алатау с применением модели HBVlight. Центральноазиатский журнал исследо-ваний водных ресурсов, 2024. – No 10(1). – p. 1-20.
https://doi.org/10.29258/CAJWR/2024-R1.v10-1/120.rus
13. Tillakarim, Т., Serikbay, N., Rakishev, D.,
Sairov, S. MODELING RIVER RUNOFF OF LITERAL TRIBUTARIES OF THE BUKTYRMA
RESERVOIR WITH USING HBV MODEL. Journal of Geography & Environmental Management,
2023. – No 70(3). doi.org/10.26577/JGEM.2023.
v70.i3.08
16
Гидрометеорология и экология №3 2024
14. Bolatova, A., Krysanova, V., Lobanova, A.,
Bolatov, K. Assessment of climate change impacts for
two tributary basins of the Irtysh River in Kazakhstan.
Climate Research, 2023. No 91. – 159-174 p.
15. Шульц В.Л. Реки Средней Азии. Ленинград.:
Гидрометеоиздат, 1965. – 691 с.
16. Водные ресурсы Казахстана: оценка, прогноз,
управление, Т. VII, Кн. 1: Возобнавляемые ресурсы поверхностных вод западного, северного, центрального и восточного Казахстана/ под науч. ред.
Р.И. Гальперина. – Алматы: ТОО «Арко», 2012. –
684 с.
17. Ресурсы поверхностных вод СССР. – Т. 15. Алтай и Западная Сибирь. – Вып. 1. Горный Алтай
и Верхний Иртыш. – Л.: Гидрометеоиздат, 1969.
– 318 с.
M.N. Primenenie gidrologicheskoj modeli HBV dlya
prognozirovaniya stoka rek na primere bokovogo
pritoka vody v SHul'binskoe vodohranilishche //
Gidrometeorologiya i ekologiya, 2019. – №3. –
26-43 p.
8. Gal'perin R.I. Vysokie polovod'ya v Severnoj
polovine Kazahstana // Voprosy geografii i geoekologii, 2013. – № 1. – 3-10 p.
9.
Bolatova A.A., Tіllәkәrіm T.A., Raimzhanova
M.N., Serіkbaj N.T., Bagitova B.E., Bolatov K.M.
Rezul'taty kalibrovaniya gidrologicheskoj modeli
HBV dlya gornyh rek Kazahstana // Gidrometeorologiya i ekologiya, 2018. – №3. – 110-124 p.
10. Nurbacina, A. A., Didovec, YU., Lobanova, A.
Adaptaciya gidrologicheskoj modeli SWIM dlya
prognozirovaniya stoka ravninnyh rek Kazahstana vo
vremya pavod-kov/polovod'ya. Gidrometeor-ologiya
i ekologiya, 2019. – №3 (94). – 45-60 p.
REFERENCES
1. Volkovskaya N. P., Mezenceva O. V. ANALIZ 11. Serikbay, N.T.; Tillakarim, T.A.; Rodrigo-Ilarri, J.;
FORMIROVANIYA VESENNEGO POLOVOD'YA Rodrigo-Clavero, M.-E.; Duskayev, K.K. Evaluation
REKI IRTYSH U GORODA OMSKA // of Reservoir Inflows Using Semi-Distributed
PRIRODOPOL'ZOVANIE I OHRANA PRIRODY: Hydrological Modeling Techniques: ApplicaMaterialy VIII Vserossijskoj s mezhdunarodnym tion to the Esil and Moildy Rivers’ Catchments in
uchastiem nauchno-prakticheskoj kon-ferencii. – Kazakhstan. Water. 2023. - No15. – 2967 p. https://
doi.org/10.3390/w15162967
Tomsk: OOO «Parus», 2019. –85 p.
2. Terekhov, A.G., Ivkina, N.I., Abayev, N.N., 12. Tillakarim, T., Serikbaj N., Satmurzaev A., Sairov,
Galayeva, A.V., Yeltay, A.G. Streamflow response of S. Modelirovanie stoka gornyh rek Ilejskogo Alatau
the Ural River to basin snow depth changes during s primeneniem modeli HBV-light. Central'noaziatskij
2001-2019 Sovremennye Problemy Distantsion-nogo zhurnal issledovanij vodnyh resursov, 2024. –
Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa, 2020. – 17(5). – No 10(1). – p. 1-20. https://doi.org/10.29258/
CAJWR/2024-R1.v10-1/1-20.rus
181–190 p.
3. Kauazov A., Tillakarim T., Salnikov V., Polyakova 13. Tillakarim, T., Serikbay, N., Rakishev, D.,
S. Assessment of changes in the area of snow cover in Sairov, S. MODELING RIVER RUNOFF OF LITKazakhstan from 2000 to 2022 // Modern problems of ERAL TRIBUTARIES OF THE BUKTYRMA
remote sensing of the Earth from space. – 2023. – T. RESERVOIR WITH USING HBV MODEL. Jour-nal
of Geography & Environmental Management, 2023.
20. – №1. – P. 298–305.
4. Tillakarim, T., Kauazov, A., Gafurov, A., Sairov, – No 70(3). doi.org/10.26577/JGEM.2023.v70.i3.08
S. SPATIAL AND TEMPORAL VAR-IATION OF 14. Bolatova, A., Krysanova, V., Lobanova, A.,
WATER RESERVES IN SNOW COVER IN THE Bolatov, K. Assessment of climate change im-pacts for
NURA-SARYSU WATER BASIN. Izdenis-ter two tributary basins of the Irtysh River in Kazakhstan.
Natigeler. – 2023. – No3 (99). – 292–307 p. https:// Climate Research, 2023. No 91. – 159-174 p.
15. SHul'c V.L. Reki Srednej Azii. Leningrad.:
doi.org/10.37884/3-2023/30
5. Torekhanova, N. S., Aldiyarova, A. E., Zulpyharov, Gidrometeoizdat, 1965. – 691 p.
B. A. Osobennosti formirovaniya gidro-logicheskogo 16. Vodnye resursy Kazahstana: ocenka, prognoz,
rezhima reki Ertis na territorii Kazahstana v usloviyah upravlenie, T. VII, Kn. 1: Vozobnavlyaemye
antropogen-noj deyatel'nosti. Problemy razvitiya resursy poverhnostnyh vod zapadnogo, severnogo,
sel'skohozyajstvennyh melioracij i vodohozyaj- central'nogo i vostochnogo Kazahstana/ pod nauch.
stvennogo kompleksa na baze cifrovyh tekhnologij. red. R.I. Gal'perina. – Almaty: TOO «Arko», 2012.
– 684 p.
– 2019. - № 2. – 218 p.
6. Semenova, A. V., Bukovskij, M. E. Zavisimost' 17. Resursy poverhnostnyh vod SSSR. – T. 15. Altaj
pika vesennego polovod'ya v verhov'yah reki Cny i Zapadnaya Sibir'. – Vyp. 1. Gornyj Altaj i Verhnij
ot klimaticheskih faktorov. Geograficheskij vestnik,. Irtysh. – L.: Gidrometeoizdat, 1969. – 318 p.
– 2022. - №1 (60). – 87-99 p. doi: 10.17072/20797877-2022-1-87-99
7. Bolatova A.A., Tillakarim T.A., Raimzhanova
17
Научная статья
Саиров, Тілләкәрім, Серікбай. Некоторые моменты совершенствования...
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЯЛЫҚ ДЕРЕКТЕР ШЕКТЕУЛІ КЕЗДЕ СУ ТАСҚЫНЫ
КӨЛЕМІН БОЛЖАУДЫ ЖЕТІЛДІРУДІҢ КЕЙБІР ЖАҒДАЙЛАРЫ
С.Б. Саиров* к.г.н., Т.А. Тілләкәрім PhD, Н.Т. Серікбай
«Қазгидромет» РМК, Астана, Казахстан
E-mail: sairov_s@meteo.kz
Мақалада көктемгі су тасқыны ағынының көлемін болжауды жетілдіру әдістері қарастырылған. Зерттеудің негізгі нысандары – Шүлбі су қоймасының бүйірлік салалары болып
табылатын Оба, Үлбі және Дресвянка өзендері. Бұл өзендер көктемгі-жазғы су тасқыны
және 2...3 айдан астам созылған ағыны бар өзен түріне жатады. Зерттеудің мақсаты – көктем мен жаз мезгілдерінде қардың жиналуы мен өзеннің ағындысы арасындағы байланыс
негізінде ағынды болжау әдісін әзірлеу. Ағынды сулардың пайда болуына әсер ететін гидрологиялық және метеорологиялық факторларды зерттеу нәтижелері ұсынылған, сондай-ақ көктемгі-жазғы су тасқыны кезеңінде және оның ұзақтығында ағынды болжау
үшін теңдеулер келтірілген. Алынған көптік регрессия теңдеулері су тасқыны көлемін
модельдеуде жоғары дәлдікті көрсетті, бақыланған және болжанған деректер арасындағы
корреляция коэффициенттері 0,79-дан 0,91-ге дейін ауытқиды. S/σ критерийі бойынша есептеулерге сәйкес, алынған нәтижелер 0,46...0,53 шамасындағы көрсеткіштермен
бақыланатын су тасқыны көлемдерінің жақсы өндіру критерийіне сәйкестігін көрсетеді.
Түйін сөздер: болжау әдістемесі, өзен ағындысы, суық кезеңдегі жауын-шашын мөлшері, ауа температурасы, су тасқынының ұзақтығы, Шүлбі су қоймасы.
SOME ASPECTS OF IMPROVING FLOOD VOLUME FORECASTING UNDER CONDITIONS OF LIMITED HYDROMETEOROLOGICAL DATA
S. Sairov* candidate of geogr. Science, T. Tillakarim PhD, N. Serikbay
RSE «Kazhydromet», Astana, Kazakhstan
E-mail: sairov_s@meteo.kz
The article deals with methods of improving the forecasting of the volume of spring flood
runoff. The main objects of the study are the Oba, Ulbi and Dresvyanka rivers, which are lateral
tributaries of the Shulba reservoir. These rivers belong to the type of rivers with spring-summer
flooding and extended flow for more than 2...3 months. The aim of the study is to develop
a methodology for flow forecasting based on the relationship between snow accumulation
and river flow in spring and summer periods. The results of the study of hydrological and
meteorological factors affecting runoff formation are presented, and equations for forecasting
runoff during spring and summer floods and its duration are derived. The obtained multiple
regression equations demonstrated high accuracy in modelling flood volumes, with correlation
coefficients between observed and predicted data ranging from 0,79 to 0,91. According to S/σ
calculations, the results obtained indicate good reproducibility of the observed flood volumes,
with values ranging from 0,46 to 0,53.
Keywords: forecasting methodology, water discharge, cold period precipitation, air temperature, flood
duration, Shulbinskoe reservoir.
18
Гидрометеорология и экология №3 2024
Сведения об авторах/Авторлар туралы мәліметтер/Information about authors:
Саиров Серик Бияхметович – к.г.н., первый заместитель генерального директора РГП
«Казгидромет», г. Астана, Мәңгілік ел 11/1, Sairov_s@meteo.kz
Тілләкәрім Түрсын Адамбекқызы – PhD, начальник управления климатических исследований Научно-исследовательского центра РГП «Казгидромет», г. Астана, Мәңгілік ел 11/1, Tillakarim_t@meteo.kz
Серікбай Нұрғалым Тәжібайұлы – начальник управления моделирования гидрологических процессов и гидрологических расчетов Научно-исследовательского центра РГП «Казгидромет», г. Астана,
Мәңгілік ел 11/1, Serikbay_n@meteo.kz
Саиров Серік Бияхметұлы – г.ғ.к., «Қазгидромет» РМК бас директорының бірінші орынбасары,
Астана қ., Мәңгілік ел 11/1, Sairov_s@meteo.kz
Тілләкәрім Түрсын Адамбекқызы – PhD, «Қазгидромет» РМК Ғылыми-зерттеу орталығының
Климаттық зерттеулер басқармасының бастығы, Астана қ., Мәңгілік ел 11/1, Tillakarim_t@meteo.kz
Серікбай Нұрғалым Тәжібайұлы – «Қазгидромет» РМК Ғылыми-зерттеу орталығының гидрологиялық процестерді модельдеу және гидрологиялық есептеулер басқармасының бастығы, Астана қ.,
Мәңгілік ел 11/1, Serikbay_n@meteo.kz
Sairov Serik – Candidate of Geological Sciences, First Deputy Director General of RSE «Kazhydromet»,
Astana, Mangilik el 11/1, Sairov_s@meteo.kz
Tillakarim Tursyn – PhD, Head of Climate Research Department, Research Centre of RSE «Kazhydromet»,
Astana, Mangilik el 11/1, Tillakarim_t@meteo.kz
Serikbay Nurgalym – Head of Hydrological Process Modelling and Hydrological Calculations Department,
Research Centre of RSE «Kazhydromet», Astana, Mangilik el 11/1, Serikbay_n@meteo.kz
Вклад авторов/ Авторлардың қосқан үлесі/ Authors contribution
Саиров С.Б. – общее руководство, разработка концепции, разработка методологии, проведение анализа, редактирование текста
Тілләкәрім Т.А. – проведение расчетов, проведение анализа, подготовка и редактирование текста
Серікбай Н.Т. – подготовка и редактирование текста
Саиров С.Б. – жалпы басшылық, тұжырымдаманы әзірлеу, әдіснаманы әзірлеу, талдау жүргізу, мәтінді дайындау және өңдеу
Тіләкәрім Т.А. – есептеулер жүргізу, талдау жүргізу, мәтінді дайындау және өңдеу
Серікбай Н.Т. – мәтінді дайындау және өңдеу
Sairov S.B.– general management, concept development, methodology development, analyses, text editing
Tillakarim T.A. – calculations, analyses, text preparation and editing
Serikbay N.T. – text preparation and editing
19
