авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

ISBN 978-5-4391-0076-7

УДК 556

Международная конференция и школа-семинар для молодых ученых и аспирантов

«ПЕРВЫЕ ВИНОГРАДОВСКИЕ ЧТЕНИЯ. БУДУЩЕЕ ГИДРОЛОГИИ» памяти

выдающегося

российского гидролога Ю.Б. Виноградова (16 – 18 ноября 2013, Санкт-

Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия).

Сборник тезисов.

Ю.Б. Виноградов является одним из ведущих ученых России в области гидрологии. Он

автор более 100 научных работ, в том числе нескольких основополагающих монографий по математическому моделированию гидрологических процессов, катастрофическим гидрологическим явлениям (прорывным паводкам и селевым потокам). Разработал ряд новых моделирующих систем, описывающих процессы формирования речного стока, образования и движения селевых потоков, прорывов моренных озер, процессов эрозии и загрязнения. Цель конференции – отметить огромный вклад в развитие теоретических и прикладных аспектов гидрологии, внесенный работами профессора Ю.Б. Виноградова, а также обсудить с молодыми учеными и аспирантами современное состояние и пути дальнейшего развития этой наук

и.

International workshop and school-seminar for young scientists, students and post graduates "FIRST VINOGRADOV'S CONFERENCE. THE FUTURE OF HYDROLOGY" devoted to the memory of outstanding Russian hydrologist Yu.B. Vinogradov (16–18 November, 2013, St. Petersburg State University, Russia).

The book of abstracts.

Yury Vinogradov is one of the leading Russian scientists in the field of hydrology. He is the author of over 100 scientific publications, including several books on mathematical modeling of hydrological processes, catastrophic hydrological events (breakthrough floods and debris flows).

Prof. Vinogradov developed hydrological model Hydrograph model and a number of advanced approaches to simulate debris flow of different types, breakthroughs of moraine lakes and the processes of erosion and watershed pollution.

ISBN Международная конференция и школа-семинар для молодых ученых и аспирантов ПЕРВЫЕ ВИНОГРАДОВСКИЕ ЧТЕНИЯ. БУДУЩЕЕ ГИДРОЛОГИИ Организаторы Кафедра гидрологии суши СанктПетербургского государственного университета Российский Фонд Фундаментальных Исследований ООО «НПО «Гидротехпроект»

Hydrograph Model Research Group Председатель д.г.н., профессор В.В. Дмитриев, Программного комитета СанктПетербургский государственный университет Председатель С.В. Аплонов, проректор по направлениям Организационного география, геология, геоэкология и комитета почвоведение, СанктПетербургский государственный университет Спонсор ООО «НПО «Гидротехпроект»

16-18 November 2 International workshop and school-seminar for young scientists FIRST VINOGRADOV’S CONFERENCE. THE FUTURE OF HYDROLOGY Organized by Department of Hydrology, St. Petersburg State University Russian Foundation of Fundamental research Gidrotehproekt Ltd.

Hydrograph Model Research Group Chair of the Scientific Prof. V.V. Dmitriev, St. Petersburg State Committee University Chair of the Organizing S.V. Aplonov, vicerector for ensuring the Committee implementation of educational programs and scientific activities in geography, geology, geoecology and soil science, St. Petersburg State University Sponsor Gidrotehproekt Ltd.



VINOGRADOV 16-18 November conference 4 Программный д.г.н., проф. Н.И. Алексеевский (Московский государственный Scientific Prof. N.I. Alexeevsky (Lomonosov Moscow State University) комитет университет им. М.В. Ломоносова) Committee Prof. M.V. Bolgov (Institute of Water Problems RAS, Moscow) д.т.н., проф. М.В. Болгов (Институт Водных Проблем РАН, Москва) A.Y. Vinogradov (Gidrotehproekt Ltd., St. Petersburg) к.т.н. А.Ю. Виноградов (ООО «НПО «Гидротехпроект», Санкт-Петербург) T.A. Vinogradova (St. Petersburg State University) к.г.н. Т.А. Виноградова (Санкт-Петербургский государственный Dr. B.I. Gartsman (Pacific Institute of Geography FEB RAS, Vladivostok) университет) Prof. S.A. Dvinskikh (Perm State National Research University) д.г.н. Б.И. Гарцман (Тихоокеанский Институт Географии ДО РАН, Владивосток) E.V. Zaporozhchenko (OAO Sevkavgiprovodhoz, Pyatigorsk) д.г.н., проф. С.А. Двинских (Пермский государственный научно- N.A. Kazakov (Sakhalin Department of Far Eastern Geological Institute FEB исследовательский университет) RAS, Yuzkhno-Sakhalinsk) к.г-.м.н. Э.В. Запорожченко (ОАО «Севкавгипроводхоз», Пятигорск) V.G. Kalinin (Perm State National Research University) к.г-.м.н. Н.А. Казаков (Дальневосточный Геологический институт ДО Prof. L.M. Korytnyi (V.B. Sochava Institute of Geography SB Russian РАН, Южно-Сахалинск) Academy of Sciences, Irkutsk) к.г.н. В.Г. Калинин (Пермский государственный научно- G.V. Pryahina (St. Petersburg State University) исследовательский университет) Organising S.A. Zhuravlev (St. Petersburg State University) д.г.н., проф. Л.М. Корытный (Институт Географии СО РАН, Иркутск) Committee L.S. Lebedeva (Nansen Centre, Hydrograph Model Research Group) к.г.н. Г.В. Пряхина (Санкт-Петербургский Государственный Университет) V.V. Kaschina (St. Petersburg State University) Организационный к.г.н. С.А. Журавлев (Санкт-Петербургский государственный T.V. Parschina (St. Petersburg State University) комитет университет) O.M. Semenova (Gidrotehproekt Ltd., Hydrograph Model Research Group, Л.С. Лебедева (Нансен-центр, Hydrograph Model Research Group) St. Petersburg State University) В.В. Кашина (Санкт-Петербургский государственный университет) A. Demidova (St. Petersburg State University) Т.В. Паршина (Санкт-Петербургский государственный университет) к.т.н. О.М. Семенова (ООО «НПО «Гидротехпроект», Hydrograph Model Research Group, Санкт-Петербургский государственный университет) А. Демидова (Санкт-Петербургский государственный университет) VINOGRADOV 16-18 November conference 6 СОДЕРЖАНИЕ Приветственное слово Тезисы Секция I: Моделирование гидрологических процессов Секция II: Опасные гидрологические явления Секция III: Прикладная гидрология Секция IV: Экологические аспекты гидрологии Секция V: Современные методы исследований Список авторов TABLE OF CONTENT Welcome Abstracts Session I: Hydrological modelling Session II: Hazards in hydrology Session III: Applied hydrology Session IV: Ecological aspects of hydrology Session V: Current research methods in hydrology Author index VINOGRADOV 16-18 November conference 8 Приветственное слово к участникам конференции Приятно осознавать, что проведение конференции было поддержано Международная конференция «Первые Виноградовские Чтения «Будущее большим количеством докладов, присланных в Оргкомитет. Это подтверждает Гидрологии» пройдет в Санкт-Петербургском государственном университете в интерес к заявленным для обсуждения проблемам в России и мире, актуальность период с 16 по 18 ноября 2013 г. Конференция посвящена памяти выдающегося которых растет и которые предстоит решать будущим поколениям гидрологов, российского гидролога, профессора Юрия Борисовича Виноградова.





гидрометеорологов, экологов. Тем самым также признается значительный вклад Ю.Б. Виноградов — автор более 100 фундаментальных научных трудов, в том числе Ю.Б. Виноградова в создание научной школы моделирования гидрологических нескольких основополагающих монографий по математическому моделированию процессов и систем, катастрофических гидрологических явлений. Отличительной гидрологических процессов, катастрофическим гидрологическим явлениям особенностью конференции является то, что она проводится для молодых ученых (прорывным паводкам и селевым потокам). Разработал ряд новых моделирующих и задумана, как школа передачи знаний и навыков, опыта будущим поколениям систем, описывающих процессы формирования речного стока, образования гидрологов. Они же приложили много сил, чтобы эта конференция состоялась.

и движения селевых потоков, прорывов моренных озер, процессов эрозии и Инициатива молодых универсантов нашла понимание у многих известных ученых загрязнения.

Работал профессором кафедры Гидрологии суши СПбГУ, читал из Австралии, Великобритании, США, ФРГ, Мексики, России, поддержавших своим курсы «Математическое моделирование», «Горная гидрология», «Современные участием нашу первую встречу.

проблемы гидрологии». Под его научным руководством было подготовлено 12 кандидатов наук.

Выражаю признательность и благодарность всем участникам и организаторам конференции, желаю плодотворного труда и успешной работы конференции.

Организаторами конференции выступили: Кафедра гидрологии суши факуль тета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного универ ситета (www.geo.pu.ru/departments/hydrology/) и ООО «НПО «Гидротехпроект»

(http://gidrotehproekt.ru/, http://hydrographmodel.ru/). Проведение конфе ренции было поддержано грантом Российского фонда фундаментальных иссле- Председатель Программного комитета, дований (РФФИ).

д.г.н., проф., академик РАЕН, РАЕ, МАНЭБ В программу конференции включены лекции – доклады ведущих российских и В. В. Дмитриев зарубежных специалистов и последующее их обсуждение с молодыми учеными и аспирантами, а также устные и стендовые доклады молодых ученых и аспирантов.

В рамках конференции планируется провести две школы– семинара для молодых ученых: «Практические занятия по выполнению расчетов с использованием современной модели формирования стока «Гидрограф» (ведущие – к.т.н. О.М.

Семенова, асп. Л.С. Лебедева) и «Математико-картографическое моделирование зон затоплений с использованием данных дистанционного зондирования»

(ведущий – к.г.н. С.А. Журавлев). Участники школ-семинаров смогут получить начальные навыки по моделированию процессов формирования стока в различных физико-географических зонах и математико-картографическому моделированию зон затоплений с использованием данных дистанционного зондирования.

Также в программу включен просмотр научно-популярного фильма «Слово о селевом потоке» по результатам уникальных, единственных в мире, экспериментов по воспроизведению искусственных селей, проведенных Ю.Б. Виноградовым под Алма-Атой в 80-х гг. XX века.

VINOGRADOV 16-18 November conference 10 Дорогой участник!

Приветствуем тебя на международной научно-практической конференции «Первые Виноградовские Чтения «Будущее Гидрологии»! Наша конференция посвящена памяти выдающегося российского ученого, профессора Юрия Борисовича Виноградова.

Ю.Б. Виноградов – гидролог, специалист по опасным гидрологическим явлениям, создатель российской школы моделирования в гидрологии, человек глубочайших знаний и широчайшей эрудиции. Несмотря на свои научные заслуги и возраст, Ю.Б. Виноградов остался в нашей памяти как человек, готовый постоянно узнавать что-то новое и учиться, искренне болеющий за науку и смотрящий в будущее. Именно на молодое поколение ученых, не отягощенных регалиями, должностями и прочими «благами», Ю.Б. Виноградов возлагал свои главные надежды на возрождение российской науки в целом, и гидрологии в частности.

Требовательный к людям, а в первую очередь к себе, Ю.Б. Виноградов всегда бескомпромиссно отстаивал свою точку зрения в научных вопросах, он мог быть жестким в дискуссиях, а научная истина всегда была для него выше, чем авторитет собеседника. Это часто отталкивало от него людей поверхностных и слабых. Молодежь же всегда тянулась к Ю.Б. Виноградову. Он привлекал ее своим внутренним горением, научным задором, желанием докопаться до сути явлений.

Пусть наша конференция станет одним из маленьких шагов к формированию нового поколения гидрологов России, способных преодолеть разобщенность, формализм и банальность, заполонившую науку. Именно вы, молодые ученые, сможете возродить былое величие российской школы гидрологии, которая станет основой для процветания и благополучия нашей Родины. Мы надеемся, что на нашей конференции зародятся зачатки тех настоящих и глубоких гидрологических дискуссий, которых, по словам Ю.Б. Виноградова, нам так не хватает.

В добрый путь!

От лица Организационного комитета, к.т.н. О.М. Семенова VINOGRADOV 16-18 November conference 12 «Хорошая развернутая дискуссия – это именно то, чего нам так не хватает»

Ю.Б. Виноградов VINOGRADOV 16-18 November conference 14 Тезисы международной конференции ПЕРВЫЕ ВИНОГРАДОВСКИЕ ЧТЕНИЯ.

БУДУЩЕЕ ГИДРОЛОГИИ СанктПетербургский государственный университет СанктПетербург, Россия 1618 ноября 2013 года VINOGRADOV 16-18 November conference 16 Секция I Моделирование гидрологических процессов Session I Modelling of hydrological processes VINOGRADOV 16-18 November conference 18 Session I: Hydrological modelling The Future of Hydrology BEVEN K.

Lancaster Environment Centre, Lancaster University, Lancaster, UK Department of Earth Sciences, Uppsala University, Uppsala, Sweden k.beven@lancaster.ac.uk Hydrology is a fascinating science. It involves some very simple principles, such as the mass and energy balances, but these principles are very difficult to verify by measurement. It involves complex nonlinear processes in structures that exhibit forms of self-organisation. It involves subsurface processes that are difficult to observe, or unobservable. It involves prediction of future water resource availability, the management of which will be crucial to human societies in times of (what could be) rapid change.

The future of hydrology is therefore important but requires some difficult issues to be addressed. These include:

How to improve quantitative process representations of both flow and transport when we already understand that those processes may exhibit spatial heterogeneity and temporal non stationarity.

How to assess uncertainty in hydrological predictions when the sources of uncertainty are not just random variability but lack of knowledge of catchment characteristics, boundary conditions and future change.

How to test models as hypotheses about catchment responses given this uncertainty with the aim of having models that give the right results for the result reasons.

How best to frame decision making in the face of knowledge uncertainties.

These issues will be illustrated and discussed in this talk.

VINOGRADOV 16-18 November conference 20 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Развитие методов и моделей стохастической при анализе автокорреляции между членами последовательностей величин стока, образующих цепи Маркова. Асимметричная задача применима к анализу широкого класса зависимостей между гидрологии в России различными гидрологическими и метеорологическими явлениями.

Основным методом построения двумерного закона распределения является решение уравнения Маркова или обратного уравнения Колмогорова. Важнейшим математическим результатом является представление двумерной плотности как решения уравнения Маркова в БОЛГОВ М.В.

виде билинейного разложения по системе ортогональных функций. При этом в качестве весовой Институт водных проблем РАН, Москва, Россия функции при построении ортогональных полиномов используются маргинальные (одномерные) bolgovmv@mail.ru распределения вероятностей марковского процесса.

Вероятностные модели, адекватно воспроизводящие свойства последовательностей стоковых Полученные решения позволили получить широкий класс линейных (по отношению к характеристик, распространились в гидрологии в основном после появления фундаментальных уравнению регрессии) марковских процессов с различными одномерными законами распределения.

математических теоретико-вероятностных результатов С.Н. Бернштейна, А.Н. Колмогорова, По крайней мере, для системы кривых К. Пирсона такие процессы были построены. Следующий О.В. Сарманова и др. К этому времени был накоплен большой статистический материал (данные шаг, позволивший значительно расширить область применения марковской теории, – это гидрометеорологического мониторинга), позволивший оценивать параметры стохастических преобразование двумерной плотности путем замены переменной в линейных моделях.

моделей стока и сделать выводы о характере его многолетних колебаний. Широкое распространение получил прием, заключавшийся в переходе от корреляции исходных Необходимо отметить, что при достаточной очевидности вывода о том, что речной сток не величин к корреляции их функций распределения, а затем к корреляции величин, имеющих является строго марковским случайным процессом, как минимум на значительных отрезках гауссовские (нормальные) распределения вероятностей. Основываясь на соответствующих времени, наличие нескольких десятков лет наблюдений не позволяет сегодня отдавать предпочтение результатах П. Морана, В. Клемеш предложил двумерный закон распределения для случая более сложным моделям, основываясь лишь на статистических выводах. Очевидно так же, что двухпараметрических маргинальных плотностей, в основе которого лежит классическая статистические выводы и вероятностные модели стока должны основываться как минимум на гауссовская корреляция.

гамма-процессах, т.е. марковских процессах, имеющих в качестве маргинальных распределений Более простая (и более конструктивная) идея была развита И.О. Сармановым, который двух- и трехпараметрические плотности. Тем не менее лишь во второй половине прошлого предложил делать замену переменной в двумерной плотности равномерно-распределенных века было убедительно показано, что речной сток есть не совокупность случайных событий, а случайных величин. Такая модель была рекомендована Д.Я. Ратковичем в качестве основной при вероятностный процесс, скалярный, когда рассматривается приток к одному водохранилищу, и исследовании многолетних колебаний речного стока.

векторный, когда речь идет о притоке к системе водохранилищ.

Кроме упомянутых решений, в статистической и гидрологической литературе встречаются На основе выполненного анализа колебаний стока были разработаны два метода решения и другие подходы к построению двумерной плотности в негауссовском случае. На основе вероятностных задач: 1) построение функций перехода, управляющих процессом стока как предложенных подходов к построению двухмерных и многомерных законов распределения вероятностным процессом марковского типа (аналитический метод), 2) построение искусственных случайных величин были решены важные прикладные гидрологические задачи.

реализаций этого процесса (метод статистического моделирования).

В работах Е.Г. Блохинова, Д.Я. Ратковича, А.В. Рождественского и др. авторов были Указанные методы были использованы для расчетов регулирования стока, первый – методом предложены различные варианты марковских моделей многолетних колебаний стока и изучены интегральных уравнений, второй – методом Монте-Карло (метод статистических испытаний). пространственные закономерности изменения их параметров. Под руководством С.Н. Крицкого и Теория регулирования стока, с математической точки зрения, строится как теория трансформации М.Ф. Менкеля созданы основные теории водохозяйственных расчетов, использующей марковские вероятностного процесса на входе системы, каковым является естественный приток воды к представления о колебаниях водности рек. Те же представления рядом авторов были положены в водохранилищам, с помощью уравнений водного баланса водохранилищ, включающих и правила основу теории колебания уровня замкнутого водоема, и на примере Каспийского моря показаны отдачи воды водопользователям и водопотребителям. возможности методов вероятностного прогнозирования его уровня.

Метод Монте-Карло состоит в предварительном моделировании искусственного гидрологического ряда большой длины или ансамбля коротких реализаций с последующим расчетом по этим рядам реализации процесса регулирования. Систематическое применение метода статистических испытаний в области стохастической гидрологии и теории регулирования речного стока позволило разработать новые методы расчета водохранилищ, включая обобщение на случай системы (каскада) водохранилищ.

Специфика вероятностных гидрологических задач заключается в том, что основной объект их – величины речного стока, существенно положительны и распределения их вероятностей – асимметричны. В силу этого нормальное распределение вероятностей и связанная с ним нормальная корреляция во многих случаях не применимы к исследованию. Возникает потребность в разработке приемов, специально приспособленных к анализу асимметричных распределений.

Основным из таких распределений, широко распространенным в гидрологических исследованиях, является гамма-распределение. Начало исследованиям этого рода было положено работами О.В.

Сарманова и Е.Г. Блохинова.

Рассматриваемая теория гамма-корреляции охватывает различные формы корреляции случайных величин и различные типы маргинальных распределений. Выводы этой теории находят применение при различных гидрологических исследованиях. Симметричная задача используется VINOGRADOV 16-18 November conference 22 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Современные подходы к моделированию процессов стоковых элементов позволяет использовать модель в различных масштабах – от почвенной колонки до гигантских бассейнов (например, бассейн р. Лены) – без изменения алгоритмов, то формирования стока в различных физико- есть освобождает «моделирующую гидрологию» от известной проблемы масштаба.

географических условиях Отметим также нетребовательность модели к входной информации. Суточные или часовые значения температуры воздуха, дефицита влажности воздуха и слоя осадков – это тот минимальный набор информации, который в настоящее время доступен практически для любого бассейна. Здесь также реализуется принцип универсальности.

ВИНОГРАДОВА Т.А.1, СЕМЕНОВА О.М.2, В докладе будут приведены примеры работоспособности модели «Гидрограф» для различных Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия ООО «НПО Гидротехпроект», Санкт-Петербург, Россия природных зон формирования стока, как для равнинных, так и для горных территорий и для vinograd1950@mail.ru речных бассейнов любого размера.

Одним из важнейших научных принципов в течение более чем полувековых исследований процессов формирования стока для Ю.Б. Виноградова был принцип универсальности. Обладая способностью за малыми деталями видеть целостную картину того или иного явления или процесса и обобщать частные результаты исследований в единые закономерности, Ю.Б. Виноградов положил принцип универсальности в основу разрабатываемых им методов моделирования.

Сложнейшая задача – разработать такие алгоритмы описания гидрологических процессов, которые, с одной стороны, являлись бы общими для любых физико-географических условий и масштабов General principles to modelling of runoff formation (от почвенной колонки до поверхности всей земной суши), а с другой, позволяли бы учитывать processes in different parts of the world их различия и особенности – была решена в детерминированной гидрологической модели «Гидрограф», разработанной Ю.Б. Виноградовым.

Если алгоритмы модели остаются неизменными (помним, что процессы формирования стока едины в каждой точке Земли) – возьмем, например, почвенный профиль в горной тундре бассейна VINOGRADOVA T.A.1, SEMENOVA O.M.2, р. Колымы и бассейн р. Кванза в саваннах Анголы (Африка) – тогда что же позволяет описать St.Petersburg State University, St.Petersburg, Russia такие разные, как в плане гидрологического функционирования, так и масштаба, объекты? Gidrotehproekt Ltd., St.Petersburg, Russia Ответ – параметры модели. Методы оценки значений параметров связаны с возможность (или vinograd1950@mail.ru невозможностью) их систематизации. Так, основными параметрами модели «Гидрограф» являются физические свойства ландшафтов, которые можно измерять в природе, систематизировать по The Hydrograph model was developed by Yu.B. Vinogradov with an aim to give it a universal типам почв, растительности и другим характеристикам и менять в случае изменений свойств character so that it could be applied in mountainous and flat terrain, and in basins of different climatic ландшафта бассейна. Причем ставился жестко принцип – модель должна содержать только такие zones regardless of their size attempting to reach the relative balance between searching for the математические аппроксимации, параметры которых не зависят от аргументов или искомых simplest solutions and adequate representation of the natural processes. The conceptualization used for функций аппроксимирующих уравнений.

description of slope and underground runoff transformation in the Hydrograph model is the theory Работа с моделью «Гидрограф» предполагает полное отсутствие или минимальное of runoff elements;

which is quite different from widely used approaches based on the equations of применение методов калибровки параметров. Это позволяет использовать одни и те же наборы mathematical physics.

параметров при расчетах стока для различных бассейнов, расположенных в одной ландшафтной The presentation will focus on main principles of model development laid in the base of the и климатической зоне, а при отсутствии данных гидрологических наблюдений проводить Hydrograph model, icluding such ussies as calibration, parametrization, scale problem and the results of оценку параметров на основе знаний о физико-географических условиях в бассейне. К а з а л о с ь the Hydrograph model application in different regions of the world.

бы, калибровка параметров позволяет расширить диапазон условий применения модели – есть данные наблюдений за стоком – взять да и подобрать параметры. А можно еще и саму модель откалибровать – новое такое веяние – подбор оптимальной структуры модели… На самом же деле, калибровка противоречит принципу универсальности, тормозит развитие методов моделирования, существенно ограничивает использование таких моделей в нестационарных условиях изменения климата и ландшафтов.

Реализация принципа универсальности требует поиска наиболее простых, но нетривиальных решений, позволяющих адекватно отобразить природные процессы и закономерности одновременно во всем их разнообразии и единстве. Итак, модель «Гидрограф» описывает все процессы формирования стока, составляющие наземный гидрологический цикл, в том числе поверхностное, почвенное и подземное стокообразование, динамику почвенных вод, склоновую и русловую трансформацию стока. В основе подхода лежит иная идеализация явления формирования стока, в частности очень несложная теория стоковых элементов, естественных природных образований, почти незамеченных подавляющим большинством гидрологов. Теория VINOGRADOV 16-18 November conference 24 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Гидрологическое моделирование крупных речных бассейнов с помощью программного комплекса ECOMAG МОТОВИЛОВ Ю.Г.

Институт водных проблем РАН, Москва, Россия motol@pochta.ru В современной иерархии детерминированных моделей формирования стока принято их разделение на три основных класса: модели черного ящика, концептуальные и физико математические модели. Считается, что параметры моделей первых двух типов отражают интегральные свойства водосборов, их сложно физически интерпретировать и связать с измеряемыми характеристиками речных бассейнов. В то же время большая часть параметров физико-математических моделей может быть задана на основе измеряемых характеристик водосборов (рельефа, почв, растительности и т.п.). По мнению многих гидрологов, последнее обстоятельство обусловливает преимущества физико-математических моделей, в частности, для задач, связанных с моделированием стока в не наблюдавшихся или измененных условиях водосборов для оценки влияния антропогенной деятельности или моделированием стока на неизученных водосборах.

Бурное развитие и становление физико-математических моделей пришлись на 80-е годы прошлого столетия (напр., Кучмент, Демидов, Мотовилов, 1983), однако уже в 1990-х годах эйфория от успехов в описании и моделировании отдельных процессов гидрологического цикла заметно снизилась и на протяжении последних 15-лет в гидрологическом сообществе активно дискутируются проблемы физико-математического моделирования речных бассейнов. Наиболее яркими критиками этого направления в моделировании являются К. Бивен (см. Abbot and Refsgaard, 1996) и Ю.Б. Виноградов (Виноградов, 1988;

Виноградов, Виноградова, 2010). Основная суть претензий к физико-математическим моделям сводится к тезису, что уравнения для описания процессов гидрологического цикла в физико-математических моделях применяются для пространственных масштабов, где параметры моделей не могут быть измерены и их необходимо калибровать, подобно тому, как это делается в концептуальных или моделях «черного ящика».

По мнению некоторых гидрологов, характерный масштаб речных бассейнов при использовании традиционных физико-математических моделей формирования стока ограничивается размерами небольшого (элементарного) речного бассейна. В его пределах с помощью таких моделей можно с большой детальностью воспроизводить гидрологические процессы на различных частях склонов и в русловой сети. При гидрологическом моделировании больших территорий и крупных речных систем целесообразно использовать более крупные расчетные ячейки порядка сотен или даже тысяч квадратных километров. При этом необходимо дополнительное теоретическое обоснование проблемы масштабирования в гидрологических моделях при переходе от точки к склону, и далее к элементарному водосбору и речному бассейну. Проблема заключается в нахождении новых (по сравнению с точкой) расчетных единиц определенного масштаба, генерализации (фильтрации) микромасштабных флуктуаций характеристик, имеющих второстепенное значение на данном уровне рассмотрения и параметризации моделей гидрологических процессов на мезо- или макромасштабном уровне.

При укрупнении масштаба моделирования элементарный речной бассейн уже может являться расчетной единицей для моделирования крупного речного бассейна, состоящего из множества элементарных бассейнов. В этом случае для описания гидрологических процессов уже не требуется такая пространственная детализация, как в детальных физико математических моделях - в агрегированных моделях оперируют осредненными в пределах элементарных водосборов потоками. Поэтому для описания гидрологических процессов здесь могут быть использованы упрощенные модели, в рамках которых элементарный бассейн рассматривается как расчетная точка (модель с сосредоточенными параметрами). В частности VINOGRADOV 16-18 November conference 26 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Hydrological modeling of large river basins using такая идеология принята в гидрологической модели ECOMAG, где крупный речной бассейн покрывается сеткой из элементарных водосборов, для каждого из которых физически обоснованная ECOMAG software complex модель с сосредоточенными параметрами описана системой обыкновенных дифференциальных уравнений, большая часть которых получена путем интегрирования базисных уравнений детальных физико-математических моделей по пространству. [Motovilov et all., 1999 a, b]. Такого рода модели сохраняют основные черты и преимущества пространственно-распределенных MOTOVILOV YU.G.

физико-математических моделей и в то же время более эффективны при решении прикладных Water Problems Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia и исследовательских задач на более крупных речных бассейнах, т.к. они менее требовательны к motol@pochta.ru составу и полноте исходной информации, а также менее чувствительны к ошибкам в задании этой информации. According to some hydrologists, the characteristic scale of river basins when using traditional На базе модели ECOMAG для прикладных и исследовательских задач в конце 1990-х годов physically based models of runoff formation is limited to the size of a small (elementary) river basin. For с привлечением современных средств информационной и технологической поддержки был hydrological simulation of large river systems, it is reasonable to use greater grid cells of hundreds and разработан программный комплекс (ПК), который включает в себя также специализированную even thousands square kilometers. Further theoretical justification is necessary to solve scaling problems географическую информационную систему (ГИС), базы архивных и оперативных данных in hydrological modeling when moving from the point scale to the slope, then to the elementary гидрометеорологического и водохозяйственных мониторинга и информации о характеристиках watershed and the river basin. The problem is to find a new (compared to the point) computational территории, а также управляющую оболочку. element of a certain scale, generalization (filtering) of micro-scale fluctuations of the characteristics that are of secondary importance at this level of consideration and parameterization of hydrological models at Модельная пространственная схематизация речного бассейна и его русловой сети производится the meso- and macroscale levels. Such an ideology is adopted in a hydrological model ECOMAG, where с помощью специализированной ГИС-технологии, которая позволяет на основе цифровой a major river basin is covered with a grid of elementary catchments, for each of which a physically based модели рельефа и анализа линий тока в автоматическом режиме с необходимой степенью model with lumped parameters is described by a system of ordinary differential equations, most of which детальности прорисовывать структуру речной сети, выделять линии водоразделов – границы obtained by integrating the basic equations of detailed physically based models over space [Motovilov элементарных водосборов, являющихся пространственными расчетными единицами модели, и et al., 1999].

на основе цифровых тематических карт назначать для этих единиц характеристики типов почв и растительности, от которых зависят значения параметров модели. Здесь необходимо подчеркнуть, A Software Complex was developed on the basis of ECOMAG model, which included a specialized что в модели ECOMAG своеобразие частных речных подбассейнов в пределах всего бассейна geographical information system, databases of archival and operational data on hydrological, meteorological отражается именно сочетанием в них и пространственным распределением конкретных типов and water management monitoring, territory characteristics, as well as the command shell. The ability почв, растительности, рельефа, уклонов, структуры речной сети, метеорологических условий и of hydrological simulation of large river basins using ECOMAG is illustrated by examples of simulation т.п. of spatial distribution of the terrestrial water cycle components (soil moisture, snow water equivalent, runoff characteristics) and comparison with actual data from the hydrological gauges located in the river Возможности гидрологического моделирования крупных речных бассейнов с помощью basins for the Volga and the Lena River basins. The following issues are currently under consideration:

программного комплекса ECOMAG проиллюстрированы на примерах моделирования possible causes for errors and their elimination, the influence of hydrological data accuracy, sensitivity и сопоставления с фактическими данными пространственных полей составляющих of the model to the changes in climatic parameters, ability of hydrological mapping. The results of using гидрологического цикла суши: увлажнения почвы, снегозапасов, характеристики речного стока ECOMAG Software Complex for application in operational practice of the Federal Water Resources по имеющимся в речных бассейнах гидрометрическим створам (в идеале – во всех точках русловой Agency for ensemble forecast of inflow into the reservoirs and management of the Volga-Kama and the сети, т.е. синоптические гидрологические поля) для бассейнов рек Волги и Лены. Обсуждаются Angara-Yenisei cascade reservoirs are shown.

возможные причины погрешностей и пути их устранения, влияние точности гидрологической информации, чувствительность модели к изменению климатических параметров, возможности гидрологического картографирования. Показан опыт использования ПК ECOMAG для прикладных задач в оперативной практике подразделений Федерального агентства водных ресурсов для Motovilov Yu.G., L.Gottschalk, K.Engeland and A.Rodhe. Validation of a distributed hydrological model against spatial ансамблевого прогноза притока воды к водохранилищам и управления Волжско-Камским и observation. Agricultural and Forest Meteorology. 1999a, 98-99, pp.257- Ангаро-Енисейским каскадами водохранилищ (Gelfan, Motovilov, 2009).

Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Л., Гидрометеоиздат, 1988, 312 с.

Виноградов Ю.Б., Виноградова Т.А. Математическое моделирование в гидрологии. М., Изд.центр «Академия», 2010, с.

Кучмент Л.С., Демидов В.Н., Мотовилов Ю.Г. Формирование речного стока (Физико-математические модели). «Наука», М, 1983, с. 216.

Abbott M.B., Refsgaard J.C. (eds.) Distributed hydrological modelling.Wat. Sci.and Tech. Lib., vol.22, Dordrech – Boston – London, Kluwer Acad. Publ., 1996. 321 p.

Gelfan A.N., Motovilov Yu.G. (2009). Long-term hydrological forecasting in cold regions: retrospect, current status and prospect.

Georgaphy Compass 3(5), p. 1841-1864.10.1111/j.1749-8198.2009.00256.x Motovilov Yu.G., L.Gottschalk, K.Engeland and A.Rodhe. Validation of a distributed hydrological model against spatial observation. Agricultural and Forest Meteorology. 1999a, 98-99, pp.257- Motovilov Yu.G., L.Gottschalk, K.Engeland and A.Belokurov. ECOMAG – regional model of hydrological cycle. Application to the NOPEX region. Department of Geophysics, University of Oslo, Institute Report Series no.105, May 1999 b, 88 p.

VINOGRADOV 16-18 November conference 28 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Получение параметров гидрологической модели Assessment of hydrological model parameters in the при отсутствии наблюдений за стоком: сравнение absence of runoff observations: the comparison of различных групп методов various groups of methods АЙЗЕЛЬ Г.В. AYZEL G.V.

Институт водных проблем РАН, Москва, Россия Institute of Water Problems of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia hydrogo@yandex.ru hydrogo@yandex.ru Проблема расчетов речного стока при недостаточности (или полном отсутствии) материалов Runoff calculation at insufficiency (or full absence) of hydrometric surveys is one of the most relevant гидрометрических наблюдений является одной из наиболее актуальных в современной problem in the modern hydrology. In the period from 2003 to 2012 the decade of research aimed at гидрологии. Подтверждением тому служит организованная в период с 2003 по 2012 годы improving the quality of runoff calculation methods in ungauged basins (Prediction in Ungauged Basins Международной ассоциацией гидрологических наук (International Association of Hydrological initiative, PUB) is organized by International Association of Hydrological Sciences (IAHS). In this Sciences, IAHS) декада исследований, направленных на качественное улучшение методов context, the problem of daily hydrograph estimations for such basins can be treated as fundamental. One расчетов речного стока для недостаточно обеспеченных гидрометеорологической информацией of the most prevalent solutions of this problem is the use of runoff formation model. In our study we use бассейнов (Prediction in Ungauged Basins initiative, PUB). В контексте представленной проблемы the physical-based, lumped river runoff model SWAP, which was developed in the Laboratory of Soil отдельное место занимает задача определения суточного гидрографа для таких бассейнов. Water Physics of the Institute of Water Problems of Russian Academy of Sciences.

Одним из наиболее распространенных решений данной задачи является использование моделей The model parameters have physically reasonable values, but due to the lack of information about soil формирования речного стока. В нашей работе при решении указанной задачи мы используем and vegetation, the assessment of the model parameters is carried out on the basis of their calibration.

модель SWAP, разработанную в Лаборатории физики почвенных вод Института водных проблем The calibration of the model parameters is implemented on the basis of slightly modified algorithm РАН, представляющую собой физико-математическую модель формирования речного стока с of the global minimum search SCE-UA and conducted by comparing simulated and observed runoff сосредоточенными параметрами. hydrograph based on two criteria – the performance by Nash-Sutcliffe and the standard deviation.

Модельные параметры являются физически обоснованными величинами, но в силу However, the implementation of calibration methods for ungauged basins is not possible due to the недостаточности информации о почвенном и растительном покрове, определение части absence of runoff observations. Therefore, the issue of daily hydrograph calculations for ungauged basins модельных параметров осуществляется на основе их калибровки. Калибровка параметров модели is the problem of finding adequate model parameter sets using other methods.

происходит посредством сопоставления модельного и наблюденного гидрографов стока на основе In this paper, we used the data from 323 catchments situated in the United States. On this basis we двух критериев – эффективности по Нэш-Сатклиффу и среднеквадратичному отклонению и tested the effectiveness of the various groups of methods for finding the parameters of the hydrological реализуется на основе модифицированного алгоритма поиска глобального минимума SCE-UA. model under insufficient hydrometric observations. The first group of methods consists of the techniques Однако для водосборов, не обеспеченных рядами измерения суточного расхода воды, произвести based on proximity (spatial or physiographic) of the ‘target catchment’ and the ‘donor catchment’. When калибровку модельных параметров не представляется возможным. Поэтому задача расчета this method is used, the whole set of the model parameters is transferred from the ‘donor catchment’ to суточного гидрографа стока для необеспеченных гидрометрическими наблюдениями бассейнов the ‘target catchment’ provided by a minimum of their differences of selected factors. Another group of является в первую очередь задачей нахождения для них адекватных модельных параметров methods consists of some regression techniques, which require the establishment of reliable relationships другими методами. between catchment descriptors (its natural characteristics) and the model parameters for the group of В работе были использованы данные с 323 водосборов, расположенных на территории США, на basins with sufficient hydrometric observations. The next step is to transfer received relationships to the основе которых проверялась эффективность применения различных групп методов для нахождения group of ungauged basins.

параметров гидрологической модели при недостаточности гидрометрических наблюдений. The results of this study are obtained using different methods of hydrological model parameters search Первую такую группу составляют методы, основанные на близости (пространственной или for ungauged basins in the terms of the quality of daily hydrograph simulations (the model efficiency by физико-географической) «водосбора-мишени» и «водосбора-донора». При использовании Nash-Sutcliffe and the standard deviation).

данной группы методов весь набор модельных параметров переносится с «водосбора-донора» на «водосбор-мишень» при условии минимального их различия по выбранным факторам. Другую же группу представляют регрессионные методы, характеристикой которых является установление достоверной зависимости между дескрипторами водосбора (его природными характеристиками) и модельными параметрами по группе обеспеченных материалами наблюдений бассейнов, и последующий перенос полученных зависимостей на водосборы, на которых отсутствуют наблюдения за расходом воды.

В работе исследовано применение различных методов поиска параметров гидрологической модели для водосборов с недостаточным информационным обеспечением в терминах качества воспроизведения слоя суточного стока (модельной эффективности по Нэш-Сатклиффу и среднеквадратичному отклонению).

VINOGRADOV 16-18 November conference 30 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Постпирогенные изменения водного и теплового Post fire changes of soil water and thermal regime режима почв в зоне вечной мерзлоты на полигоне in permafrost zone, the Neleger site, Yakutia Нелегер, Якутия VOLKOVA N. 1, LEBEDEVA L. 1,2, SEMENOVA O. 1,3,4, FEDOROV A. ВОЛКОВА Н.В.1, ЛЕБЕДЕВА Л.С.1,2, СЕМЁНОВА О.М.1,3,4, ФЁДОРОВ А.Н.5 State Hydrological Institute, St. Petersburg, Russia Государственный гидрологический институт, Санкт-Петербург, Россия Nansen Environmental and Remote Sensing Centre, St. Petersburg, Russia Нансен-Центр, Санкт-Петербург, Россия Gidrotehproekt Ltd., St. Petersburg, Russia ООО «НПО Гидротехпроект», Санкт-Петербург, Россия St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия Melnikov Permafrost Institute SB RAS, Yakutsk, Russia Институт мерзлотоведения СО РАН, Якутск, Россия sleepand@mail.ru sleepand@mail.ru Wildfires could be considered as natural factor of larch forest dynamics in permafrost environment of Низовые пожары являются неотъемлемым условием развития лиственничных лесов Восточной Eastern Siberia. Many studies have shown considerable transformation of soil water and thermal regime Сибири. Многочисленные исследования показали, что пожары трансформируют тепло- и due to fire impacts. Surface soil temperatures and ground heat fluxes increase with decreasing albedo of воднофизические свойства приповерхностного слоя почв. На постпирогенных территориях darkening surface. Soil organic layer removal and vegetation destruction lead to active layer deepening происходит резкое уменьшение альбедо зачернённой зольными веществами поверхности и, как and changes in soil water dynamics. Natural succession of land cover depends on the fire intensity and следствие, увеличение притока тепла в приповерхностном слое почвы. При уничтожении лесной requires years or decades.

подстилки и растительного покрова увеличивается мощность сезонно-талого слоя, что влияет на The aim of the study was quantitative assessment of fire effects on soil water and thermal regime in динамику почвенной влаги и формирование стока. На восстановление естественных процессов в permafrost region using ground observation data and modelling approach. The Neleger site operated by почве в зависимости от интенсивности пожара требуется от нескольких до десятков лет.

Melnikov Permafrost Institute SB RAS was chosen as the study area. It is located in 35 km to the north Целью исследования является оценка изменений и моделирование водного и теплового west of Yakutsk city at left bank of the Lena river.

режима почв и мощности сезонно-талого слоя в постпирогенный период в зоне вечной мерзлоты.

Ground temperature, soil water content at different depths and meteorological data at several sites В качестве исследуемых объектов был выбран полигон Нелегер (Институт мерзлотоведения СО were measured during 2001-2007 period. Burned site was affected by the fire in 2002 year. The study РАН), расположенный в Восточной Сибири на левом берегу реки Лены в 35 километрах к северо includes comparison of physical soil characteristics between fire-affected and non-disturbed sites in западу от г. Якутска в зоне распространения вечной мерзлоты.

larch forest.

В течение периода с 2001 по 2007 годы на нескольких ключевых участках проводились Soil water and thermal regime changes at different depth based on the comparison of two sites are измерения температуры, влажности почвы на различных глубинах, мощности сезонно-талого assessed. In addition, the dynamic of active layer recovery in long-term period is evaluated.

слоя и метеорологических характеристик. Территория одной площадки в 2002 году подверглась естественному пирогенному воздействию, где пожаром был уничтожен лесной покров. The process-based hydrological model Hydrograph is applied to quantify the wildfire effect on soil water and thermal regime at the different depths. The model algorithms contain coupled algorithm of В результате выполнения исследований будет дана количественная оценка изменений heat and water dynamics in soil. Vegetation characteristics and physical soil properties (such as albedo, температурного и водного режима почв на различных глубинах на двух участках, один из interception capacity, infiltration coefficient, evaporation coefficient, etc.) were used as the model которых был пройден пожаром. Также будет выполнен анализ динамики восстановления тепло parameters.

и воднофизических свойств в многолетнем разрезе на участке, который подвергся пирогенному воздействию. Количественная оценка будет получена с помощью детерминированной гидрологической модели «Гидрограф».

Модель «Гидрограф» описывает все основные процессы формирования стока и учитывает особенности зоны вечной мерзлоты, включает блок расчёта динамики влаги и тепла в почве, принимая во внимание фазовые переходы. В качестве параметров модели используются свойства растительного и почвенного покрова, полученные в условиях полевых измерений.

VINOGRADOV 16-18 November conference 32 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Математическое моделирование гидрографов стока с характеристик стока по сгенерированным рядам метеорологических величин. Таким образом, математическое моделирование даже при отсутствии данных дает возможность представить неизученных бассейнов рек полуострова Ямал последовательности смоделированных суточных расходов воды (круглогодичные или за любые внутригодовые отрезки времени, например, за период половодья) любой продолжительности для рек в бассейнах с различными физико-географическими характеристиками.

ВИНОГРАДОВ Ю.Б.1, ВИНОГРАДОВА Т.А.2, ЖУРАВЛЕВ С.А.2, ЖУРАВЛЕВА А.Д. Государственный гидрологический институт, Санкт-Петербург, Россия Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия supergidrolog@yandex.ru Моделирование гидрографов стока в зоне многолетней мерзлоты представляется интересной, но в тоже время очень сложной задачей. Необходимо учитывать множество факторов, обусловливающих Runoff modeling for ungauged catchments: a case study процесс формирования стока на подобных территориях, такие как слой сезонного протаивания in Yamal peninsula, Russia почвы, неравномерное распределение снежного покрова, высокие значения льдистости почвы и водоудерживающей способности снега и другие. Современные детерминированные математические модели предоставляют возможность получения характеристик стока в сложных гидрологических условиях, в том числе и при отсутствии данных наблюдений за стоком воды.

VINOGRADOV Y.B.1, VINOGRADOVA T.A.2, ZHURAVLEV S.A.2, В докладе приводятся результаты адаптации и реализации модели «Гидрограф», разработанной ZHURAVLEVA A.D. в Государственном гидрологическом институте под руководством Ю.Б. Виноградова. State Hydrological Institute, St. Petersburg, Russia Предложены решения некоторых дополнительных задач, для адаптации модели. Рассмотрены St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia supergidrolog@yandex.ru несколько аспектов моделирования гидрографов стока в специфических условиях тундровых ландшафтов полуострова Ямал:

Modern hydrological models provide an opportunity for obtaining flow characteristics in complex 1. Для речных бассейнов полуострова Ямал отмечено существенное влияние прихода hydrological conditions, including ungauged basins.

солнечной радиации в процессах теплообмена атмосферы и подстилающей поверхности, The study presents the results of adaptation and application of the Hydrograph model developed in в частности в период снеготаяния;

State Hydrological Institute under supervision of Prof. Yu.B. Vinogradov for Yamal river basins.

2. Необходимость введения поправок на выдувание к данным о твердых осадках на There were considered the following runoff modelling aspects and specific conditions of Yamal метеорологических станциях;

tundra landscapes:

3. Неравномерное распределение снежного покрова и повышенное скопление снега в 1. Solar radiation has significant influence on heat exchange processes of the atmosphere and отрицательных формах рельефа;

land surface, particularly during snowmelt;

4. Зона многолетней мерзлоты характеризуется высокой льдистостью горных пород и 2. Underestimation of solid precipitation due to snow blowing should be taken into account by почвенных образований, что приводит к почти полному превалированию поверхностного introducing correction factors to input data;

и верхнего “почвенного” стока и практическому отсутствию грунтового;

3. Snow cover is distributed unevenly on the territory of Yamal peninsula and mainly accumulated 5. Слабая мощность сезонно-талого (деятельного) слоя почвенно-грунтовой толщи в in relief depressions;

условиях многолетней мерзлоты, бугры и замкнутые понижения, многочисленные озерки и лужи, сложность структуры верхнего приповерхностного яруса, заполненного 4. Permafrost zone is characterized by high ice content of soil profile, which leads to almost обломками породы, фрагментами почвенных и торфяных образований, приводят к complete predominance of surface and upper “soil” flow and a lack of groundwater flow;

существенному скоплению вод на поверхности водосборов и замедленному их движению 5. Low capacity of seasonally thawed (active) layer in permafrost conditions, the presence of к русловой сети;

hills and closed depressions in relief, numerous ponds and puddles, the complexity of soil 6. Высокие значения водоудерживающей способности снега, что могут послужить profile structure filled with fragments of rock and peat formations, lead to significant water причиной задержки сроков прохождения половодья по сравнению с обычной ситуацией. accumulation on watershed surface and the delay of water movement to channel network;

Модель «Гидрограф» была реализована на ряде бассейнов полуострова Ямал: на изученных 6. High values of snow water-holding capacity delay flood delivery time comparison with водотоках бассейна реки Пяседей-Яха и на неизученных водосборах рек Се-Яха, Морды-Яха, ordinary situation.

Надуй-Яха. The Hydrograph model was implemented for a number of basins on the Yamal peninsula: the Проведение моделирования на нескольких водосборах бассейна реки Пяседей-Яха полуострова Pyasedey-Yaha, Se-Yaha, Mordy-Yaha and Naduy-Yaha.

Ямал позволило проверить и уточнить величины ряда определяющих параметров модели Runoff formation processes simulation at several basins (Pyasedey-Jaha) allowed to test and refine «Гидрограф» в условиях, максимально приближающихся к объектам исследования (неизученным the model for the conditions which are as close as possible to the study objects. The values of refined водосборам). Величины уточненных параметров использованы в дальнейшем при моделировании parameters were used for runoff hydrograph simulations for ungauged river basins.

гидрографов стока для рек Морды-Яха, Се-Яха и Надуй-Яха.

В результате реализации такого подхода были рассчитаны гидрографы стока неизученных рек.

Полученные результаты представляется возможным использовать в рамках методологии динамико стохастического моделирования, которая позволяет рассчитать и построить кривые распределения VINOGRADOV 16-18 November conference 34 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Исследование возможностей гидродинамического Hydrodynamic modelling of water movement in a large моделирования движения воды в крупной речной river system with limited initial information: a case study системе при недостатке исходной информации (на of the Don River примере р. Дон) KALUGIN A.S.

Institute of Water Problems of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia КАЛУГИН А.С. kalugin-andrei@mail.ru Институт водных проблем РАН, Москва, Россия kalugin-andrei@mail.ru The use of mathematical models of water flow in the river system allows to study water regimen not only in observed conditions, but also to address the tasks of forecast, such as the evaluation of possible Использование математических моделей движения водных потоков в речной сети changes of water regimen because of anthropogenic changes of morphometrical characteristics of river позволяет исследовать водный режим не только в наблюдавшихся условиях, но и для решения channels, and investigating the characteristics of floods exceeding the registered one. Wherein there прогностических задач, например, оценки его возможных изменений вследствие антропогенных is very relevant use of hydrodynamic models for river systems which use different input data. Also it изменений морфометрии речных русел, изучения особенностей прохождения паводков, becomes very important to develop the methods for assessing the sensitivity of modelling results to превышающих зарегистрированные (Kvesic, 2008). При этом становится актуальным использование completeness and composition of the above data.

гидродинамических моделей для речных систем, по-разному обеспеченных исходными данными, In the study we used one-dimensional hydrodynamic model based on solving of the Saint-Venant а также разработка методов оценки чувствительности моделей к полноте и составу этих данных.

equations which is implemented within the framework of the Mike 11 software package, developed by В качестве инструмента исследования использовалась одномерная гидродинамическая модель, the Danish Hydraulic Institute.

основанная на решении уравнений Сен-Венана и реализованная в рамках программного комплекса The study object is the Don River and its tributaries within the upper part of the basin from the source Mike 11, разработанного в Датском гидравлическом институте (Refsgaard et al., 1988).

of the Don River to the hydrological station Kazanskaya. The information about the morphometry of Объект исследования – участок р. Дон и его притоки в пределах верхней части бассейна от river valley in the form of cross profiles was used as the input data for simulations. Daily discharges at истока до станицы Казанской. Исходными данными для моделирования являлась информация head area of the Don River at the hydrological station Zadonsk and for the three tributaries were used as о морфометрии речных долин в виде поперечных профилей. В качестве граничных условий the boundary conditions. Water levels at hydrological station Kazanskaya were set up the lower border задавались среднесуточные значения расходов воды на верхней границе расчетного участка р.

of studied area. Unaccounted lateral inflow was calculated by unit discharge method. The marks of Дон – г/п Задонск и верхних границах трех притоков. На нижней границе задавались уровни waterline in low-flow period were used as the initial conditions.

воды по г/п Казанская. Неучтенный боковой приток рассчитывался по модулю стока ближайшего The observation periods of 2003-2007 and 1998-2002 were used for the model calibration and притока. Начальные условия – абсолютные отметки урезов воды в меженный период.


verification, respectively. The optimal match of calculated and actual values was achieved with the value Для калибровки модели выбран период наблюдений с 2003 по 2007 гг., для валидации период of roughness coefficient along the length of the Don River n=0,035. The evaluation of the effectiveness с 1998 по 2002 гг. Оптимальное совпадение рассчитанных и фактических значений наблюдалось of the model calculations was performed with the Nash-Sutcliff criterion.

при постоянном по длине реки коэффициенте шероховатости n = 0.035. Оценка эффективности The following results were obtained:

модельных расчетов проводилась по критерию Нэша-Сатклиффа.

1-d model of unsteady flow was adapted for the area of the Don River and its tributaries with Получены следующие основные результаты:

a total length of more than 800 km. Calibration, validation and sensitivity evaluation of the адаптирована одномерная модель неустановившегося движения воды для участка р. Дон model to the composition and completeness of input data were carried out. It was concluded и его притоков общей протяженностью более 800 км, проведена калибровка, валидация that the model can be applied for the forecast of the consequences of disastrous floods.

и оценка чувствительности модели к составу и детальности исходных данных. Модель The data describing valley relief that has been defined on the basis of topographic maps of может применяться для прогноза последствий катастрофических наводнений и scale 1: 100000 with a frequency of about one cross profile at 20 km is enough for satisfactory своевременного принятия мер.

modelling of water discharge. It is necessary to refine cross profiles based on large-scale maps для удовлетворительного моделирования расходов воды достаточно данных о рельефе for correct simulation of water levels.

долин, заданного на основе карт топографических масштаба 1:100000 с частотой около For improvement of simulation results differentiating roughness coefficient for channel and одного поперечного профиля на 20 км. Для адекватного моделирования уровней воды floodplain is suggested.

необходимо уточнять профили на основе крупномасштабных карт.

для улучшения результата предложено дифференцировать коэффициенты шероховатости для русла и поймы.

Kvesic, D. Hydraulic Study of the Neretva River. 2nd European MIKE by DHI Software Conference, Dubrovnik, Croatia, 2008.

Refsgaard, J.C., Havn, K., and Ammentorp, H.C. (1988).Applications of Hydrological Models for Flood Forecasting and Flood Control in India and Bangladesh. Advances in Water Resources, Vol 11, pp 101-105.

VINOGRADOV 16-18 November conference 36 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Влияние пирогенной трансформации ландшафтов Impact of fire-induced landscapes transformation on на процессы формирования стока в различных flow formation in different climatic conditions: analysis климатических условиях: анализ и моделирование and modelling ЛЕБЕДЕВА Л.С.1,2, СЕМЕНОВА О.М.3,4, ВОЛКОВА Н.В.2 LEBEDEVA L. 1,2, SEMENOVA O. 3,4, VOLKOVA N. Нансен-Центр, Санкт-Петербург, Россия 1 Nansen Environmental and Remote Sensing Centre, St. Petersburg, Russia Государственный гидрологический институт, Санкт-Петербург, Россия 2 State Hydrological Institute, St. Petersburg, Russia ООО «НПО Гидротехпроект», Санкт-Петербург, Россия 3 Gidrotehproekt Ltd., St. Petersburg, Russia Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия 4 St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia lyudmilaslebedeva@gmail.com lyudmilaslebedeva@gmail.com Лесные пожары оказывают значительное воздействие на экосистемы суши и влияют на Fire disturbance spreads over large areas. It leads to significant changes in hydrological regimes due гидрологический режим малых и средних рек. В результате пожара происходит разрушение to collapse of the soil organic layer and consequent changes in water and heat fluxes forming non напочвенного покрова и органического вещества в верхних слоях почвы, что ведет к stationary conditions. Fires in different landscapes could have both immediate and long-term impacts on трансформации водно-физических и тепловых свойств почвенного профиля. Изменение тепловых runoff formation due to various post-fire dynamics of soil and vegetation.

и инфильтрационных свойств подстилающей поверхности влияет на процессы формирования The goal of the study was to quintify hydrological response of small Mediterranean Rimbaud watershed стока на водосборе на различных временных масштабах. and middle-scale permafrost Vitim watershed (Eastern Siberia) to fire and investigate an ability of the Целью исследования стала оценка изменения гидрологического режима малого водосбора руч. process-based hydrological model Hydrograph to cope with non-stationary post-fire conditions.

Римбау (Франция) и среднего по размеру водосбора р. Витим (Восточная Сибирь) после пожара, The 1.46 km2 Rimbaud watershed is located in the Maures massif, Var Department, France, 15 km а также исследование возможности детерминированной гидрологической модели Гидрограф away from the Mediterranean Sea. Before the extensive fire in August 1990 the dominant vegetation was описать формирование стока в быстро изменяющихся условиях после прохождения пожара. shrubby maquis and a degraded forest of cork oak, chestnut and maritime pines. The mountainous Vitim Водосбор руч. Римбау площадью 1.46 км2 располагается во Франции на территории департамента River basin with area of 969 km2 is underlined by continuous permafrost. The main vegetation type is Вар в 15 км от Средиземного моря. До пожара в августе 1990 преобладающим типом растительности coniferous forest. Upper slopes are occupied by tundra and bare rocks. In 2003 fire destroyed 78 % of the являлись заросли вечнозеленых кустарников и деградировший лес из пробкового дуба, каштана и Vitimkan River basin.

приморской сосны. Results of the data analysis supported by model detection method showed that fire have pronounced Горный водосбор р. Витимкан площадью 969 км2 находится в зоне сплошной мерзлоты и по increasing effect on peak floods, monthly and seasonal flow in the Vitimkan River basin. Rainfall-runoff больше части покрыт лиственничным лесом. Приводораздельные территории заняты тундровой analysis in the Rimbaud watershed revealed general increase of peak discharges during three years after растительностью и каменными осыпями. В 2003 г. пожар прошел по 78 % территории бассейна р. the fire in September-December (wet) period on hourly time step only.

Витимкан. To cope with non-stationary conditions we estimated physical characteristics of landscapes (soil Анализ гидрометеорологических данных и результаты моделирования с использованием and vegetation) in post fire period according to existing ground measurements, remote sensing data постоянных значений параметров показали, что пожар привел к увеличению максимального, and literature review. The model parameters are changing in time in a dynamic mode reflecting the месячного и сезонного стока воды на водосборе р. Витимкан. Анализ связей между осадками и vegetation/soil succession in post fire period. The efficiency of such an approach in completely different расходом воды на водосборе руч. Римбау выявил некоторое увеличение максимального стока environments of France and Russia has been investigated.

в течение трех лет после пожара в период повышенной увлажненности с сентября по декабрь.

Увеличение расходов руч. Римбау уловимо только на часовом интервале времени.

Для моделирования формирования стока в нестационарных условиях после прохождения пожара свойства почвы и растительности, которые являются основными параметрами модели, были оценены с использованием наземных, спутниковых наблюдений и анализа соответствующей литературы. Параметры модели меняют свои значения в течение периода моделирования согласно изменениям ландшафтов. Эффективность предложенного подхода была проанализирована в различных условиях водосбора руч. Римбау и бассейна р. Витимкан.

VINOGRADOV 16-18 November conference 38 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Оценка вероятностных характеристик максимальных Assessment of maximum snow water content over the снегозапасов на Европейской территории России European part of Russia with a dynamic-stochastic с помощью динамико-стохастической модели model of the snow cover formation формирования снежного покрова MOREYDO V.M.

МОРЕЙДО В.М.

Institute of Water Problems of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Институт водных проблем РАН, Москва, Россия moreido@mail.ru moreido@mail.ru The dynamic-stochastic model, which combines a deterministic model of snow cover formation with a Разработана динамико-стохастическая модель, сочетающая в себе детерминированную модель stochastic weather generator, has been developed. The deterministic snow model describes temporal changes формирования снежного покрова и стохастический генератор погоды. Детерминированная of snow depth, content of ice and liquid water, snow density, snowmelt, sublimation, re-freezing of melt модель формирования снежного покрова описывает изменения во времени мощности снежной water, and snow metamorphism. The model has been calibrated and validated against long-term data of snow толщи, содержание льда и талой воды в снеге, плотность снега, снеготаяние, сублимацию и measurements over the territory of the European Russia. The model showed good performance in simulating повторное замерзание талой воды;

фазовые переходы в толще снега. Калибровка модели по time series of snow water equivalent and snow depth. The developed weather generator (NEsted Weather данным многолетних наблюдений за снежным покровом на 35 метеорологических станциях Generator, NewGen) includes nested generators of annual, monthly and daily time series of weather variables на Европейской территории России (ЕТР), расположенных в разных физико-географических (namely, precipitation, air temperature, and air humidity). The parameters of the NewGen have been adjusted условиях, позволила получить адекватные результаты по воспроизведению запасов воды в снежном through calibration against the long-term meteorological data in the European Russia. A disaggregation покрове и его высоты. Разработан стохастический генератор погоды (NEsted Weather Generator, procedure has been proposed for transforming parameters of the annual weather generator into the parameters NewGen), состоящий из «вложенных» стохастических моделей временных рядов среднегодовых, of the monthly one and, subsequently, into the parameters of the daily generator. Multi-year time series of the среднемесячных и среднесуточных значений метеорологических величин (температуры воздуха, simulated daily weather variables have been used as the input to the snow model. Probability properties of осадков и влажности воздуха). Для перехода от параметров генератора среднегодовых величин к snow cover, such as snow water equivalent and snow depth for return periods of 25 and 100 years, have been генератору среднемесячных и среднесуточных величин использована процедура дезагрегации.

estimated against the observed data, showing good correlation coefficients (0.80). The described model has Для оценки параметров и проверки стохастического генератора погоды использовались been applied to different landscapes of European Russia, from steppe to taiga regions, to show the robustness данные многолетних наблюдений на метеорологических станциях на ЕТР. Многолетние ряды of the proposed technique.

метеорологических величин, сгенерированных методом Монте-Карло, задавались в качестве входа в модель формирования снежного покрова, с помощью которой рассчитывались многолетние ряды высоты и запаса воды в снежном покрове и оценивались их вероятностные характеристики.

Расчетные значения снегозапасов и высоты снежного покрова обеспеченностью 4% и 1% были сопоставлены с наблюденными значениями и получено удовлетворительное соответствие.

VINOGRADOV 16-18 November conference 40 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling О математическом моделировании гидрологических процессов в водных объектах ВОЕВОДИН А.Ф., НИКИФОРОВСКАЯ В. С.

Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия, voevodin@hydro.nsc.ru При математическом моделировании гидрологических процессов в водных объектах практически всегда приходится решать проблемы, связанные как с выбором математических моделей, соответствующим образом описывающие исследуемые физические процессы;

с построением математической модели русел водотоков, входящих в состав водных объектов, так и с тестированием построенной модели русла, взамен реального, с использованием данных натурных наблюдений. Трудоемкость решения упомянутых проблем, как правило, связана с другими немаловажными проблемами. К ним могут относиться, например, такие, как отсутствие математических моделей, удовлетворяющих требованиям поставленной цели исследования.

Кроме того, что чаще всего имеет место, это не всегда возможно использование данных наблюдений (либо из-за их неполноты, либо плохого качества, их нерепрезентативности либо отсутствия).

В этой связи важно иметь такие методы определения параметров моделей водотоков, которые используют более доступную и менее трудоемкую, с точки зрения организации работ, исходную информацию.

Для исследования гидрологических процессов в системах открытых русел и водотоков разработаны математические (одномерные, двумерные, комбинированные) модели, численные методы и комплекс программ на ЭВМ.

Одномерные модели, осредненные по поперечному сечению уравнений гидродинамики (уравнения Сен-Венана) используются для исследования волновых процессов в системах речных русел или каналов. Двумерные модели (продольно-вертикальные), осредненные по перечному сечению уравнений гидродинамики (уравнения Сен-Венана), – в системах глубоких слабопроточных водоемов и водотоков. Комбинированные (одномерные с двумерными) модели используются для исследования гидрологических процессов в водных объектах, в состав которых могут входить разные по морфометрическим масштабам русла и водоемы.

С математической точки зрения, решение рассматриваемых задач сводится к решению начально краевых задач для эволюционных квазилинейных уравнений в областях сложной структуры, топологическая структура которых описывается графом. Численные методы для решения подобных задач разработаны на основе неявных абсолютно устойчивых разностных схем и методов расщепления по физическим процессам. Предложены оригинальные алгоритмы для решения систем разностных уравнений, эффективно учитывающие структуру матрицы системы, что обеспечивает экономичность методов в случае задач большой размерности.

На базе разработанных численных методов и алгоритмов создан комплекс программ на ЭВМ для решения широкого круга научно-исследовательских и практических задач по гидрологическому обоснованию водохозяйственных проектов, оценки возможных отрицательных воздействий их на окружающую среду, разработки эффективных защитных мероприятий при катастрофических явлениях на водных объектах. Приводятся примеры математического моделирования гидрологических процессов (гидродинамические, гидротермические режимы) в системах открытых русел и в озёрно-речных системах.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта № 4.8 Программы фундаментальных исследований Президиума РАН.

VINOGRADOV 16-18 November conference 42 Секция I: Моделирование гидрологических процессов Session I: Hydrological modelling Моделирование затоплений застроенных территорий Modeling of urban areas inundation САЗОНОВ А.А. SAZONOV A.A.

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia sazonov.lesha@gmail.com sazonov.lesha@gmail.com В рамках данной работы рассмотрена возможность использования математического Floods occur in Russia and over the world regularly, their scales depend on weather conditions, features of моделирования при изучении затоплений городских территорий на примере гипотетического basins and other factors. The possibilities of urban areas flooding exploration by means of two-dimensional квартала и города Великий Устюг на основе двумерной гидродинамической модели. Компьютерное hydrodynamic model were investigated this study by the example of hypothetical city block and Velikiy моделирование движения водного потока в двумерной схематизации выполнено в работе с Ustyug city. Computer modeling of water stream movement in two-dimensional schematization is executed использованием программного комплекса «River» (разработчики В.В. Беликов, А.Н. Милитеев). in work using the program “River” developed by V.V. Belikov and A.N. Militeev. The representation and Представление и анализ результатов моделирования проводились с использованием среды ArcGis. analysis of the results of modeling have been implemented using ArcGis program.

Процесс моделирования состоял из четырех этапов: Digital representation of hypothetical city block subjected to flooding was created and used as the input data. Flood simulations was conducted for the case of 1998 in Velikiy Ustug city and compared with observed 1. На карте крупного масштаба местности выделялся контур территории, подверженной data.

затоплению. Расчетная область разбивалась на зоны по морфологическим признакам.

Modeling process consists of four stages:

2. С помощью картографических материалов были получены отметки земной поверхности.

Интерполяция отметок затапливаемой поверхности в узлы расчетной сетки производилась 1. A contour of the territory subject to flooding is allocated on the large-scale map of the district.

специализированной программой. В результате формировался «файл рельефа». The settlement area is divided into zones by morphological features. The beds of the rivers or a flood plain can be the borders of the zones. Afterwards, the grid is imposed on studied territory 3. «Гидрологические файлы» содержали данные о расходах воды, поступающих к верхней in a special program.

границе расчетного участка, об уровнях воды на нижней границе, шероховатости русел и поймы, направлении и скорости ветра;

параметрах, управляющих режимом счета. 1. Absolute altitudes of the surface have been derived from the maps.

4. После завершения работы основной программы выполнялась визуализация результатов, 2. The parameters of water stream such as water consumption, water level and roughness coefficient производилась выдача результатов в табличной или графической форме. Выходными are set up.

данными модели являются поля отметок водной поверхности в различные моменты 3. The visualization of the calculation results is carried out by the program upon the completion of времени и поля скорости течения в руслах и на затопленной пойме. На этой основе the main program. The results are presented in a tabular or graphic form. The output data of the рассчитывались поля глубин. model is the of field points presenting water surface in various periods of time and the fields of При помощи ГИС-технологий на основе проведенного эксперимента было наглядно показано, flow speed in river channel and on flooded plains. Depths fields on flooded plain are calculated как ведет себя поток при препятствиях в виде домов. Опыт показал, что за счет стеснения русла on this basis.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.