авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Министерство образования и науки Российской Федерации

Российский государственный гидрометеорологический университет

УДК 556.167 (476)

Грядунова Оксана Ивановна

ФОРМИРОВАНИЕ МИНИМАЛЬНОГО СТОКА РЕК БЕЛАРУСИ

В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 25.00.27 – Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Санкт-Петербург 2009 Работа выполнена в Брестском государственном университете имени А.С. Пушкина Научный руководитель доктор географических наук, профессор А.А. Волчек Официальные оппоненты доктор географических наук, профессор Н.В. Мякишева кандидат географических наук, доцент М.Л. Марков Оппонирующая организация Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена Защита диссертации состоится «19» марта 2009 г. в на заседании специа лизированного совета (Д.212.197.02) Российского государственного гидроме теорологического университета по адресу: 195196, г. Санкт-Петербург, Мало охтинский проспект, С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государствен ного гидрометеорологического университета Автореферат разослан «_» 2009 г.

Заслуженный работник высшей школы РФ, ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук _ В.Н. Воробьев ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В последние годы наблюдаются заметные измене ния водности рек, которые связывают с глобальным потеплением и увеличени ем антропогенной нагрузки. Одной из наиболее важных гидрологических вели чин является минимальный сток и его пространственно-временные колебания.

Минимальный сток определяет развитие и функционирование водных и около водных экосистем, имеет существенное значение при решении водохозяйст венных задач (объемы водопотребления, сброса сточных вод). Научное и практическое значение имеет выявление закономерностей пространственно временных колебаний минимального стока в современных условиях, адаптация существующих и разработка новых методик определения минимального стока при отсутствии данных гидрометрических наблюдений, особую значимость приобретают прогнозные оценки изменения минимального стока.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационного исследования яв ляется установление закономерностей формирования минимального стока рек Беларуси в современных условиях.

Программой исследования предусматривалось решение следующих задач:

• восстановить значения минимальных расходов воды с использованием корреляционного анализа, дать оценку однородности временных рядов;

• выполнить анализ стокоформирующих факторов, дать их оценку и оп ределить степень влияния на минимальный сток, выделить однотипные районы по синхронности колебаний и однородности формирования летне осеннего и зимнего минимального стока рек Беларуси;

• дать оценку пространственно-временных колебаний летне-осеннего и зимнего минимального стока рек Беларуси в современных условиях;

• разработать методику определения минимального стока малых рек Бе ларуси при отсутствии данных гидрометрических наблюдений;

• дать прогнозную оценку изменения минимального стока при различных сценариях развития климата.

Объект и предмет исследований. Объектом исследований является лет не-осенний и зимний минимальный стоки рек Беларуси, предметом – простран ственно-временные колебания.

Исходные данные и методика исследований. Для решения поставленных задач использовались следующие данные:

• 30-дневный летне-осенний и зимний минимальный расход воды по створам за период инструментальных наблюдений;

• даты наименьшего расхода воды за период открытого русла и зимнего се зона за период инструментальных наблюдений;

• среднемесячные атмосферные осадки;

• среднегодовые атмосферные осадки;

• среднемесячные температуры воздуха;

• морфометрические характеристики бассейнов рек (площадь водосбора, средняя высота водосбора, эрозионный врез реки, озерность, заболоченность, лесистость).

Использовались опубликованные литературные, картографические, стати стические и фондовые материалы. Методологической основой настоящего ис следования являются научные положения о стохастической природе изменчи вости гидрологических рядов, что обусловило использование современных ста тистических методов анализа временных рядов (метод аналогии, корреляцион ный, регрессионный, спектрально-временной анализ, Марковские цепи, метод авторегрессии, скользящего среднего и др.). Использован сравнительно географический анализ, а применение картографического метода позволило отобразить пространственные изменения основных характеристик минималь ного стока рек Беларуси.

Научная обоснованность и достоверность. Научная обоснованность по ложений и выводов подтверждается использованием большого объема данных наблюдений на гидрологических постах Департамента гидрометеорологии Минприроды Республики Беларусь и использованием современных методов анализа временных рядов, обобщения.

Научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Научная новизна работы состоит в выявлении пространственно-временных за кономерностей колебаний минимальных расходов воды рек Беларуси и разра ботке метода расчета минимального стока малых рек Беларуси при отсутствии данных гидрометрических наблюдений.

Выполненные исследования содержат следующие новые результаты:

• выделены однотипные районы по синхронности колебаний однород ности формирования летне-осеннего и зимнего минимального стока;

• дана оценка пространственно-временных колебаний летне-осеннего и зимнего минимального стока рек Беларуси в современных условиях;

• разработана методика расчета минимального стока малых рек Бела руси при отсутствии данных гидрометрических наблюдений;

• дана прогнозная оценка изменения минимального стока при различных сценариях развития климата будущего.

Полученные результаты имеют практическое применение для рациональ ного использования природных ресурсов и могут служить научной основой при выполнении проектов в области гидрологических и экологических исследова ний. Значения расходов минимального стока различной обеспеченности могут быть использованы при проектировании гидротехнических сооружений и ме лиоративных систем.

Работа выполнялась в рамках НИР МПФИ «Природно-хозяйственные ре гионы» (20012005 гг. № госрегистрации 20012450);

«Геоэкологическая и со циально-экономическая оценка качества окружающей среды административ ных территориальных единиц Брестской области» (№ госрегистрации 2001513);

ГПОФИ «Природные комплексы» задание 19 «Оценка состояния, прогноз из менения водного режима, степени деградации почв осушенных земель, научное обоснование устойчивого развития экосистем Белорусского Полесья»

(20012005 гг. № госрегистрации 20031263);

ГПОФИ «Природопользование»

задание 23 «Оценка природно-ресурсного и демографического потенциала, раз работка прогноза развития техногенно-преобразованных территорий Белорус ского Полесья» (20062010 гг. № госрегистрации 20064813);

БРФФИ «Эколо гический сток рек Белорусского Полесья: состояние, трансформации, прогноз»

(2008–2009 гг. № госрегистрации 20081465). Результаты работы внедрены в учебный процесс по специальности «География» – 1-31 02 0102.

Положения, выносимые на защиту:

1. Пространственно-временные закономерности формирования летне осеннего и зимнего минимального стока рек Беларуси в современных условиях.

Районирование территории Беларуси по синхронности колебаний и однород ности формирования минимального стока.

2. Результаты оценки изменений летне-осеннего и зимнего минимально го стока рек Беларуси в современных природно-антропогенных условиях, оценки изменения наступления дат наиболее маловодного периода.

3. Методика расчета минимального стока малых рек Беларуси при от сутствии данных гидрометрических наблюдений.

4. Прогнозная оценка изменения минимального стока рек Беларуси при различных сценариях развития климата будущего.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований, вклю ченные в диссертацию, докладывались и получили одобрение на конференциях:

Международная научная конференция «Научные и прикладные аспекты оценки изменений климата и использование климатических ресурсов» (Беларусь, Минск, 2000);

Международная научная конференция «Теоретические и при кладные проблемы геоэкологии» (Беларусь, Минск, 2001, 2005);

I–IV Между народная научная конференция «Природная среда Полесья: особенности и пер спективы развития» (Беларусь, Брест, 2002, 2004, 2006, 2008);

I, III Междуна родный экологический симпозиум «Экологические проблемы природно технических комплексов» (Беларусь, Полоцк, 2004, 2006);

Молодежная научно практическая конференция студентов, аспирантов и преподавателей «Геогра фия в меняющемся мире: вклад молодых ученых» (Россия, Санкт-Петербург, 2005). По теме диссертации опубликовано 24 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает перечень ус ловных обозначений, введение, общую характеристику работы, основную часть, состоящую из четырех глав, заключение, библиографический список, со держащий 232 источника, 5 приложений. Работа изложена на 191 странице, из которых 29 страниц занимают 32 рисунка, 15 страниц – 24 таблицы, 47 стра ниц – 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении излагается актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, отражена новизна и практическая значимость дис сертационной работы.

В первой главе «Методика оценки пространственно-временных коле баний минимального стока рек» дается анализ результатов исследований ми нимального стока рек Беларуси, методов оценки, моделирования, прогнозиро вания и пространственного обобщения информации о минимальном стоке рек.

Основные теоретические положения о формировании минимального стока из ложены в работах Н.Д. Антонова, А.М. Владимирова, Д.А. Данович, Д.И. Коче рина, А.Г. Курдова, А.М. Норватова, Л.А. Сибирцевой. Наиболее подробно тер ритория Беларуси изучена в работах П.Д. Гатило, В.В. Дрозда, К.А. Клюевой, Н.М. Кургановой, Е.Е. Петлицкого, И.М. Филипповича, Б.В. Фащевского и др.

Рассматриваются закономерности формирования минимальных расходов рек Беларуси за период инструментальных наблюдений.

Временная структура гидрологических рядов минимального стока иссле довалась спектральным, спектрально-временным, пространственно-корреля ционным анализом. Описание пространственно-временных колебаний мини мального стока рек осуществлялось с помощью сопоставления коэффициентов стока за различные периоды.

Во второй главе «Анализ исходной гидрологической информации»

рассмотрены основные источники информации и проведен первичный анализ исходных данных.

В настоящей работе использованы данные наблюдений за летне-осенним и зимним минимальным стоком рек по 164 створам за период с 1881 по 2000 год.

В связи с пропусками в рядах наблюдений фактическая продолжительность временных рядов составляет от 12 до 120 лет (данные предоставлены Департа ментом гидрометеорологии Минприроды Республики Беларусь) Оценка репрезентативности временных рядов минимального стока произ водилась по относительным средним квадратическим ошибкам статистических параметров и разностным интегральным кривым. Продолжительность репре зентативного периода минимального стока составляет 50 лет. В отдельных слу чаях можно использовать более короткие ряды, но при этом необходимо учи тывать цикличность и сопоставлять с рекой-аналогом.

Исходные данные наблюдений были приведены к многолетнему периоду с 1881 по 2000 гг. Норма стока (Q ), коэффициенты вариации (Cv) и асимметрии (Cs) для 75% продленных рядов летне-осеннего и зимнего минимального стока находятся в пределах ошибки.

Анализ однородности временных рядов показал, что однородными явля ются 99 рядов летне-осеннего и 113 зимнего минимального стока. Для оценки однородности выборочных средних использовался t-критерий Стьюдента, а для дисперсий F-критерий Фишера. Частично ненарушенный режим рек (гипотеза однородности принимается по критерию Стьюдента, отвергается по критерию Фишера, или наоборот) наблюдается на 21% летне-осеннего и 31% зимнего минимального стока исследуемых рядов, что можно объяснить естественны ми колебаниями водности или сопоставимыми с ним незначительными антро погенными воздействиями на водный режим рек. Из всех проанализированных рядов наименьшим нарушением однородности выделяются бассейны рр. За падная Двина и Неман. Большая часть неоднородных рядов приурочена к бас сейнам рр. Днепр, Припять и Западный Буг, что является следствием более су щественных воздействий на водосборы рек, в частности мелиоративные ме роприятия.

В третьей главе «Пространственно-временные колебания минималь ного стока рек Беларуси» дается оценка стокоформирующих факторов, про странственно-временных колебаний минимального стока рек под влиянием природно-антропогенных факторов.

Обобщение физико-географических условий позволило сделать вывод о существенном влиянии на формирование минимального стока рек широты мес та, средней высоты водосбора, эрозионного вреза русла реки, годового количе ства осадков, заболоченности и лесистости водосбора.

Исследование цикличности минимального стока рек Беларуси осуществля лось с помощью спектрально-временного анализа. Установлены циклы колеба ний минимального стока рек: 3, 4, 5 и 33-летние как для летне-осеннего, так и зимнего минимального стока. 33-летний цикл колебаний минимального стока рек выделяется на реках северной части республики с 1940 г. На юге республи ки отмечается 17-летний цикл и короткопериодичные (3, 5, 7-летние) циклы.

Анализ факторов и условий, влияющих на формирование минимального стока рек Беларуси, выявление циклов позволил провести районирования тер ритории республики Беларусь по синхронности колебаний и однородности формирования минимального стока. По синхронности колебаний минимального стока рек на территории Беларуси выделено для летне-осеннего минимального стока 6 районов, для зимнего – 4 района (рисунок 1). Внутрирайонные значе ния коэффициентов корреляции (0,54–0,63) указывают на синхронность колеба ний минимального стока в пределах выделенных районов. Корреляционные связи между районами убывают с запада на восток, вплоть до появления асин хронности в колебаниях минимального стока.

а б а – летне-осенний;

б – зимний период Рисунок 1 – Районирование территории Беларуси по синхронности колебаний минимального стока По однородности условий формирования минимального стока на террито рии Беларуси в летне-осеннюю межень выделено 2 района, а в зимнюю – 3 рай она (рисунок 2).

а б а – летне-осенний;

б – зимний период Рисунок 2 – Районирование территории Беларуси по однородности формирования минимального стока Первый район летне-осенней межени характеризуется наличием значимо го пика на 4 и 8 году, во втором районе пик приходится на 5 год. В первом рай оне зимней межени отмечены значимые гармоники на 2 и 4 году, для второго – на 4 и 6 году, для третьего – значимый пик наблюдается на 2 году. Модуль ми нимального стока уменьшается от первого района ко второму для летне осенней межени, и от первого к третьему – для зимней. Коэффициент вариации имеет обратную тенденцию, т.е. увеличивается с севера на юг.

Анализ построенных трендов позволяет констатировать факт, что для большинства исследуемых рек отмечается стабильная тенденция увеличения летне-осенних и зимних минимальных расходов воды, причем на большей час ти рек градиент изменения стока в зимний период больше, чем в летне-осенний, например, р. Западная Двина – г. Полоцк (рисунок 3).

Q, м3/с 2000 годы 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 летне-осенний минимальный сток зимний минимальный сток Линейный (зимний минимальный сток) Линейный (летне-осенний минимальный сток) Рисунок 3 – Динамика многолетних минимальных расходов воды р. Западная Двина – г. Полоцк Для выявления пространственной структуры изменения стока имеющиеся ряды наблюдений были разбиты на два периода: с начала инструментальных наблюдений по 1965 год (начало крупномасштабных мелиораций) и с 1966 года по 2000 год. При этом выбраковывались ряды с периодом наблюдений менее 15 лет хотя бы за один из периодов. После выбраковки определены коэффици енты изменения стока как:

Qср 2 Qср ki =, (1) Qо где Qср1, Qср 2, Qо – средние значения минимального стока за период 1881– 1965 гг., 1966–2000 гг. и за весь период наблюдений соответственно.

Значения коэффициентов изменения стока были картографированы (рису нок 4) с использованием координат центров водосборов исследуемых рек.

а б а – летне-осенний;

б – зимний период Рисунок 4 – Пространственная структура изменения минимального стока Анализ коэффициентов изменения стока позволил выявить следующее:

летне-осенний минимальный сток увеличился на 85% исследуемых рек, из них на 49% рек сток значимо (ki 0,27), а на 18% изучаемых объектов (рр. Ясельда, Оресса, Словечна, Чертень, Вить, Жабинка, Копаювка) увеличился более чем в 2 раза. Зимний минимальный сток увеличился на 91% исследуемых рек, из них на 53% рек увеличился значимо (ki 0,27), на 20% более чем в 2 раза (Молчадь, Ясельда, Оресса, Лань, Цна, Словечна, Чертень, Вить, Жабинка, Копаювка).

Наибольшие изменения произошли на Полесье (бассейн рр. Припять и Запад ный Буг), а наименьшие в бассейне р. Неман.

Для оценки изменений в наступлении дат наименьшего расхода воды рас сматривались два периода: с начала инструментальных наблюдений до 1980 г.

(начало климатических изменений) и с 1981 по 2004 гг. За каждый из периодов были найдены средние даты наступления наименьшего расхода воды рек Бела руси, полученные значения картографированы (рисунок 5). Знак «минус» на картах свидетельствует о более позднем наступлении наименьшего расхода во ды, а знак «плюс» о более раннем.

а б а – период открытого русла;

б – зимний период Рисунок 5 – Пространственная структура изменения дат наступления наименьшего расхода воды Исследования показали, что для летне-осеннего сезона наибольшие сме щения дат наименьшего расхода наблюдаются на малых и средних реках, на крупных реках изменения менее существенны и колеблются в пределах от 5 до 10 суток. В целом по территории Беларуси на большинстве рассматриваемых рек (58%) наступление дат наименьшего расхода сместилось на более поздние сроки, в среднем на 13 дней. При этом имеет место достаточно большой диапа зон варьирования от 3 до 30 суток. Примерно на третьей части исследуемых рек эти смещения менее существенные, но имеют противоположную тенденцию.

Период наименьших расходов воды наступает на 7 суток раньше по сравнению с периодом до 1980 г. Размах колебаний также достаточно велик и составляет от 1 до 20 суток. В особую группу (около 10%) необходимо выделить канали зированные и мелиорированные бассейны (рр. Жабинка, Ясельда, Морочь и др.), где наступление маловодного периода смещается на 30 суток позже. Наи более ранние сроки наступления дат маловодного периода в зимнюю межень характерны для южной части территории Беларуси, в частности в бассейнах рр. Днепр и Припять. В связи с большей однородностью формирования стока в зимний период повсеместное смещение наступления наименьшего расхода на более поздние сроки в среднем составляет 8 дней, хотя варьируют от 2 до дня. В то же время, примерно на 20% рек, маловодный период наступает рань ше в среднем на 5 дней.

В четвертой главе «Расчет и прогноз минимального стока рек Белару си» предложена методика расчета минимального стока воды малых рек Белару си при отсутствии данных гидрометрических наблюдений, дана прогнозная оценка изменения минимального стока в связи с прогнозируемыми изменения ми климата.

В основу методики расчета минимального стока при отсутствии данных гидрометрических наблюдений положена зависимость модулей летне-осеннего и зимнего минимального стока от показателя эрозионного вреза русла реки (Н), который определялся по зависимости:

Н = Нвдсб – Нств, (2) где Нвдсб – средняя высота водосбора, м;

Нств – отметка наименьшего за период межени уровня воды в замыкающем створе, м.

Пространственная структура эрозионного вреза рек Беларуси (Н) пред ставлена на рисунке 6. Величина эрозионного вреза рек изменяется в больших пределах от 10 до 70 м. Наибольшие величины приурочены к возвышенностям (Новогрудская, Минская и др.), а наименьшие – к равнинам и низменностям (Полесье). В бассейне р. Западная Двина глубина эрозионного вреза варьирует от 20 до 50 м. Наиболее расчленен бассейн р. Неман, так как бассейн окружен возвышенностями (Ошмянская, Минская, Новогрудская, Слонимская, Волковы ская, Гродненская, Копыльская) и имеет наибольшие значения глубины эрози онного вреза до 87 м. Бассейн р. Днепр занимает Центральноберезинскую, где глубина эрозионного вреза составляет 15–25 м, и Оршанско-Могилевскую рав нины (Н = 40 м). Бассейн р. Припять характеризуется широким спектром глу бины эрозионного вреза от 12 (р. Неслуха) до 100 м (р. Горынь). Преобладаю щая глубина составляет 15–25 м. Возрастает глубина эрозионного вреза р. Припять около 50 м в районе Мозырской возвышенности. Наименьшие глу бины эрозионного вреза приурочены к бассейну р. Западный Буг (Нср = 22 м).

Рисунок 6 – Карта глубины эрозионного вреза рек Беларуси При анализе карт модуля минимального стока рек Беларуси, глубины эро зионного вреза, подземного стока в реки, поверхности грунтовых вод была ус тановлена хорошо выраженная связь модулей летне-осеннего и зимнего мини мального стоков с показателями эрозионного вреза русла реки (Н), которая ап проксимируется линейной зависимостью типа:

qminо( з ) = µ л о ( з ) Н ± q0 о( з ) л л (3) л о( з ) где qmin – минимальные модули стока в летне-осенний (зимний) периоды, л/(с км2);

µ л о( з ) – коэффициент, характеризующий интенсивность питания реки под земными водами, приходящийся на единицу эрозионного вреза реки, л/(с км2)/м;

Н – эрозионный врез рек, м;

± q0 о( з ) – параметр, учитывающий влияние азональных факторов минималь л л о( з ) л о( з ) ного стока: + q0 – модуль поверхностного стока, л/с км2;

q0 – ин фильтрация в нижележащие слои.

По однотипной зависимости модуля минимального стока от эрозионного вреза русла (q = f (Н)) было произведено районирование территории Беларуси для летне-осенней и зимней межени. Разнообразие физико-географических ус ловий привело к выделению 6 районов для летне-осенней и 3 районов для зим ней межени (рисунок 7). Для каждого из районов были построены графики за висимости и получены параметры модели (3) (таблица 1).

Таблица 1 – Параметры модели для расчета модуля минимальных расходов воды рек Беларуси Межень Район Летне-осенняя зимняя q r q r Район 1 0,03 -0,29 0,97 0,02 1,45 0, Район 2 0,03 0,06 0,99 0,01 1,19 0, Район 3 0,04 0,35 0,95 0,01 0,90 0, Район 4 0,03 0,02 0, Район 5 0,07 0,17 0, Район 6 0,03 -0,01 0, а б а – летне-осенний;

б – зимний период Рисунок 7 – Карта районов однотипной зависимости q = f (Н) При обобщении данных об изменчивости минимального стока была выяв лена зависимость, которая имеет вид:

Cv = Cvq0 qmin ( з ) ло (4) Cv q 0 – коэффициент вариации для модуля стока при q 0.

где На рисунке 8 приведены районы для определения коэффициента вариации минимального стока, а в таблице 2 даны параметры модели.

Таблица 2 – Параметры модели для расчета коэффициента изменчивости минимальных расходов воды Минимальный сток Район летне-осенний зимний Cv r Cv r Район 1 -0,20 0,94 0,94 -0,18 1,09 0, Район 2 -0,17 0,71 0,95 -0,03 0,43 0, Район 3 -0,12 0,51 0,91 -0,16 0,79 0, Район 4 -0,10 0,67 0, Район 5 -0,15 0,60 0, Район 6 -0,28 1,30 0, Район 7 -0,31 1,36 0, а б а – летне-осенний;

б – зимний период Рисунок 8 – Карты районов для определения коэффициента вариации Величина коэффициента асимметрии Cs обычно определяется по соотно шению его с коэффициентом Cv. Для увлажненных районов (северная и цен тральная часть республики) рекомендуется принимать Cs = 2 Cv, а для более засушливых районов, каким является юг республики (Полесье), Cs = 1,5 Cv.

Проверка полученных данных осуществлялась на независимых материалах и показала отклонение фактических данных от рассчитанных в среднем на 5– 20%. Разработанная методика сравнивалась с методикой Пособия П1-98 к СНиП, А.М. Норватова и К.А. Клюевой. Сравнение было проведено на незави симых материалах наблюдений по 18 пунктам, равномерно расположенным по территории Беларуси. Предлагаемая методика для условий Беларуси позволяет получить значения минимального стока с приемлемой точностью для практиче ского использования. Проведенные исследования показали, что данная методи ка может использоваться в комплексе с существующими для уточнения дан ных.

Для проведения численного эксперимента возможного изменения мини мального стока рек Беларуси было использовано стандартное уравнение водно го баланса участка суши, отобрано 47 водосборов равномерно расположенных на территории республики 4 варианта изменения природно-антропогенных факторов: вариант 1 – средняя годовая температура воздуха увеличивается на 2°С по сравнению с современным уровнем при неизменном количестве атмо сферных осадков;

вариант 2 – уменьшение годовых атмосферных осадков на 10% с неизменной температурой воздуха;

вариант 3 – годовые атмосферные осадки уменьшаются на 10%, а средняя годовая температура воздуха увеличи вается на 2°С;

вариант 4 – заболоченность (осушение) и лесистость (вырубка леса) водосбора уменьшаются, а густота речной сети (создание несовершенных мелиоративных систем) и распаханность (интенсивное выращивание сельско хозяйственных культур) увеличиваются на 5, 10, 20 и 30% от существующих в настоящее время при неизменных климатических условиях.

Полученные прогнозные оценки изменений минимального стока рек Бела руси для различных сценариев развития климата позволили сделать выводы:

– при увеличении средней годовой температуры на 2 °С и неизменном ко личестве атмосферных осадков (вариант 1) существенного изменения летне осеннего минимальный стока не произойдет и составит ± 2,5%.

– при уменьшении количества осадков на 10% и неизменной температуре воздуха (вариант 2) произойдет уменьшение летне-осеннего минимального стока на 15%. При этом максимальное уменьшение стока наблюдается в июне– июле на 20%.

– при уменьшении количества осадков на 10% и увеличение средней годо вой температуры на 2°С (вариант 3) летне-осенний минимальный сток умень шится на 20%.

– при уменьшении заболоченности и лесистости и увеличении густоты речной сети и распаханности (вариант 4) выявлена тенденция постепенного перехода от уменьшения стока в июне июле к его увеличению в августе – ок тябре, при этом переход через «нулевые» значения изменений приходится на вторую половину июля.

Наиболее неблагоприятным прогнозом развития климата для рек Беларуси является третий вариант (уменьшение количества осадков на 10% и увеличе ние средней годовой температуры на 2°С), а при наложении хотя бы 10%-го ан тропогенного воздействия на водосбор реки уменьшение минимального стока может достигнуть 50%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертационная работа посвящена оценке пространственно-временных колебаний минимального стока рек Беларуси в современных условиях, методи ке расчета минимального стока при отсутствии данных гидрометрических на блюдений и прогностической оценке изменения минимального стока при раз личных сценариях развития климата с целью принятия оптимальных проектных решений.

Основные результаты настоящей работы заключаются в следующем:

1. Дана количественная оценка минимального стока рек Беларуси в со временных условиях. Для большинства исследуемых рек отмечается стабильная тенденция увеличения летне-осенних (73% исследуемых рек) и зимних (80%) минимальных расходов воды, причем на большей части рек градиент измене ния стока в зимний период больше, чем в летне-осенний период. Наибольшие изменения произошли на Белорусском Полесье (бассейны рр. Припять и Запад ный Буг), наименьшие – в бассейне р. Неман. Произошли изменения в наступ лении дат наименьшего расхода воды в период открытого русла и зимнего пе риода. Эти смещения необходимо признать существенными и необходимо учи тывать при разработке схем управления водными ресурсами.

2. Установлена цикличность колебаний минимального стока рек Белару си. Выявлены как короткопериодичные 3–5-летние, так и длиннопериодичные 33-летние циклы.

3. Выполнены районирования территории Беларуси. По синхронности ко лебаний минимального стока рек на территории Беларуси выделено для летне осеннего минимального стока 6 районов, для зимнего – 4 района. Внутрирайон ные значения коэффициентов корреляции (0,54–0,63) указывают на синхрон ность колебаний минимального стока. Корреляционные связи между районами убывают с запада на восток, вплоть до появления асинхронности в колебаниях минимального стока. По однородности условий формирования минимального стока на территории Беларуси в летне-осеннюю межень выделено 2 района, в зимнюю 3 района. Первый район летне-осенней межени характеризуется нали чием значимого пика на 4 и 8 году, а второй – на 5 году. Для первого района зимней межени отмечены значимые гармоники на 2 и 4 году, для второго – на и 6 году, для третьего – значимый пик наблюдается на 2 году. Наиболее яркими и устойчивыми являются циклы продолжительностью 2, 4–6 и 8 лет. Модуль минимального стока уменьшается от первого района ко второму для летне осенней и от первого к третьему для зимней межени, что закономерно в связи с уменьшением общей увлажненности территории. Коэффициент вариации имеет обратную тенденцию, т.е. увеличение с севера на юг.

4. Разработана методика расчета минимального стока малых рек Бела руси при отсутствии данных гидрометрических наблюдений, которая основы вается на связи модуля летне-осеннего и зимнего минимального стока ( q minо ( з ) ) с л глубиной эрозионного вреза русла реки (Н). В связи с большим разнообразием условий формирования минимального стока рек Беларуси были выделены од нотипные районы ( q minо ( з ) = f(Н)) (6 районов для летне-осенней межени и 3 рай л она для зимней межени) и получены параметры модели для каждого из них.

Территория районов оконтуривалась по границам смены гидрогеологических комплексов с учетом конфигурации бассейнов рек. Для расчета коэффициента вариации (Cv) выделены однотипные районы (Cv = f( q minо ( з ) )) (для летне л осеннего минимального стока выделено 3 района, а для зимнего – 7) и предло жены параметры модели. Величина коэффициента асимметрии (Cs) для север ной и центральной части Беларуси принята 2Cv, а для южных районов (Полесье) Cs = 1,5 Cv. Проверка полученных данных дала хорошие результаты, отклонение фактических данных от рассчитанных составляет в среднем 5–20%.

Использование предлагаемой методики в совокупности с другими позволит существенно уточнить величины минимального стока при отсутствии данных гидрометрических наблюдений. Полученные модели могут использоваться для расчета не только минимальных расходов воды меженных периодов, но и для определения экологического стока.

5. Получены прогнозные оценки изменений минимального стока рек Бела руси для различных сценариев развития климата, которые необходимы для ра ционального использования речных вод:

– при увеличении средней годовой температуры на 2°С и неизменном ко личестве атмосферных осадков (вариант 1) существенного изменения летне осеннего минимальный стока не произойдет и составит ± 2,5%.

– при уменьшении количества осадков на 10% и неизменной температуре воздуха (вариант 2) произойдет уменьшение летне-осеннего минимального стока на 15%. При этом максимальное уменьшение стока наблюдается в июне– июле на 20%.

– при уменьшении количества осадков на 10% и увеличение средней годо вой температуры на 2°С (вариант 3) летне-осенний минимальный сток умень шится на 20%.

– при уменьшении заболоченности и лесистости и увеличении густоты речной сети и распаханности (вариант 4) выявлена тенденция постепенного перехода от уменьшения стока в июнеиюле к его увеличению в августе– октябре, при этом переход через критические значения изменений приходится на вторую половину июля.

Наиболее неблагоприятным прогнозом развития климата для рек Беларуси является третий вариант (уменьшение количества осадков на 10% и увеличе ние средней годовой температуры на 2°С), а при наложении хотя бы 10%-го ан тропогенного воздействия на водосбор реки уменьшение минимального стока может достигнуть 50%.

Основные работы опубликованные по теме диссертации 1. Волчек, А.А. Гидролого-экологическая оценка поверхностных вод бас сейна реки Западный Буг в пределах Брестской области / А.А. Волчек, О.И. Грядунова // Теоретические и прикладные проблемы геоэкологии: мате риалы Междунар. науч. конф., Минск, 26–29октября 2001 г. / Бел. гос. ун-т, Бе лор. геогр. о-во;

редкол.: И.И. Пирожник [и др.]. – Минск, 2001. – С. 194–196.

2. Грядунова О.И. Современное состояние рек Белорусского Полесья / О.И. Грядунова // Сахаровские чтения 2002 года: Экологические проблемы XXI века: материалы 2-й Междунар. науч. конф., Минск, 17–21 мая 2002 г. / МГЭУ им. А.Д. Сахарова;

под общ. ред. С.П. Кундаса [и др.]. – Минск, 2002. – С. 185– 186.

3. Грядунова, О.И. Минимальный сток р. Западная Двина / О.И. Грядунова // Экологические проблемы природно-технических комплексов: тезисы докла дов II Международного экологического симпозиума в городе Полоцке, Полоцк, 3–4 сентября 2005 г. / Полоцк. гос. ун-т;

редкол.: В.Ф. Логинов [и др.]. – По лоцк, 2005. – Т. 1. – С. 98–99.

4. Грядунова, О.И. Оценка современных изменений минимального летне осеннего стока рек Белорусского Полесья / О.И. Грядунова // Материалы IX Республ. науч. конф. студентов и аспирантов, Гродно, 26–27 мая 2004 г. / Гродн. гос. ун-т им. Я. Купалы;

под общ. ред. Г.А. Хацкевича. – Гродно, 2004. – Ч. 2. – С. 138–139.

5. Грядунова, О.И. Статистические параметры минимального летне-осен него стока основных рек Беларуси / О.И. Грядунова // Материалы VI межвузов ской науч.-метод. конф. молодых ученых, Брест, 14 мая 2004 г. / Брест. гос. ун-т им. А.С. Пушкина;

под общ. ред. А.А. Горбацкого. – Брест, 2004. – С. 24–26.

6. Грядунова О.И. Минимальный сток реки Мухавец / О.И. Грядунова // Материалы VII межвузовской науч.-метод. конф. молодых ученых, посвящ. 60 летию университета, Брест, 20 мая 2005 г. / Брест. гос. ун-т им. А.С. Пушкина;

под общ. ред.: А.А. Горбацкого. – Брест, 2005. – С. 18–19.

7. Грядунова О.И. Выделение гидрологически однородных районов летне осеннего минимального стока на основе анализа выборочных спектров / О.И. Грядунова // Сахаровские чтения 2005 года: Экологические проблемы XXI века: материалы 5-й Междунар. конф. ведущих специалистов, молодых ученых и студентов, Минск, 20–21 мая 2005 г. / МГЭУ им. А.Д. Сахарова;

под общ. ред.

С.П. Кундаса. – Минск, 2005. – С. 46–47.

8. Логинов, В.Ф. Сравнительная характеристика многолетних колебаний летне-осеннего и зимнего минимального стока реки Неман / В.Ф. Логинов, А.А. Волчек, О.И. Грядунова // Природные ресурсы. 2005. № 3. – С. 13–21.

9. Грядунова, О.И. Районирование территории Беларуси по синхронности колебаний летне-осеннего минимального стока / О.И. Грядунова // Известия НАН Беларуси. Сер. Биол. наук. – 2005. – № 5/1. – С. 73–75.

10. Грядунова О.И. Выделение гидрологически однородных районов зим него минимального стока на основе анализа выборочных спектров / О.И. Грядунова // Материалы VIII Респ. межвузовской науч.-метод. конф. мо лодых ученых, Брест, 19 мая 2006 г. / Мин. об. РБ, Брест. гос. ун-т им. А.С. Пушкина;

под общ. ред. Б.М. Лепешко. – Брест, 2006. – С. 24–26.

11. Волчек, А.А. Пространственно-временные колебания минимального стока р. Припять / А.А. Волчек, О.И. Грядунова // Природная среда Полесья:

особенности и перспективы развития: сб. науч. раб. / НАН Беларуси, Полесский аграрно-экол. ин-т;

под общ. ред. Н.В. Михальчука. – Брест, 2006. – С. 405–412.

12. Грядунова О.И. Районирование территории Беларуси по синхронности колебаний минимального стока / О.И. Грядунова // Сахаровские чтения года: Экологические проблемы XXI века: материалы 6-й Междунар. науч.

конф., Минск, 18–19 мая 2006 г. / МГЭУ им. А.Д. Сахарова;

под общ. ред.

С.П. Кундаса [и др.]. – Минск, 2006. –Ч. 2. – С. 37–39.

13. Грядунова О.И. Оценка влияния современных природно климатических факторов на формирование минимального стока рек Беларуси / О.И. Грядунова // Молодежь в науке – 2007: прил. к журн. Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Сер. Физ.-мат. наук. – 2007. – С. 382–387.

14. Грядунова, О.И. Роль климатических факторов в формировании ми нимального стока рек Беларуси / О.И. Грядунова // Материалы IX респ. науч. метод. конф. молодых ученых, Брест, 18 мая 2007 г. / Брест. гос. ун-т им. А.С.

Пушкина;

под общ. ред. К.К. Красовского. – Брест, 2007. – С. 77–79.

15. Волчек, А.А. Изменения дат наступления наиболее маловодных пе риодов на реках Беларуси в современных условиях / А.А. Волчек, О.И. Грядунова // Современные экологические проблемы устойчивого развития Полесского региона и сопредельных территорий: наука, образование, культура:

материалы III Междунар. науч.-практ. конф., Мозырь, 26–27 сен. 2007 г. / Мо зыр. гос. пед. ун-т;

редкол.: В.В. Валетов [и др.]. – Мозырь, 2007. – С. 123–127.

16. Волчек, А.А. Методика расчета минимального стока воды рек Белару си при отсутствии данных наблюдений / А.А. Волчек, О.И. Грядунова // Водное хозяйство России. – 2008. – № 6. – С. 4–28.

Грядунова Оксана Ивановна ФОРМИРОВАНИЕ МИНИМАЛЬНОГО СТОКА РЕК БЕЛАРУСИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ 25.00.27. Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Подписано к печати. Формат 60 х 84 1/16. Бумага «Снегурочка».

Гарнитура Times New Roman. Печать офсетная.

Усл. печ. л. ***. Уч.-изд. л. ***. Тираж ***. Заказ № *** Отпечатано на ризографе Учреждения образования «***». Лицензия

 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.