автореферат диссертации по энергетике, 05.14.09, диссертация на тему:Русловые водные балансы за короткие интервалы времени

На правах рукописи

ЗАЖИМАРОВ Сергей Анатольевич

РУСЛОВЫЕ ВОдаЕ БАЛАНСЫ ЗА КОРОТКИЕ ИНТЕРВАЛЫ ВРЕМЕНИ

Специальность 05.23,. 46 - Гидравлика и инженерная гидрология

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

а

1995

Работа выполнена в Государственном гидрологическом институте

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор И. Ф. КАРАСЕВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор Коваленко В. Е .

кандидат технических наук Лобанов Е А.

Ведуиря организация - МосЦГШ

Зашита диссертации состоится "30 " мач 1995 г. в II час на заседании диссертационного совета Государственного гидрологического института по адресу: 199053, Санкт-Петербург, 2-я линия, д.23 Оакс: (812) 213-10-28

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного гидрологического института

Автореферат разослан " 28 " апреля 1995 года

Ученый секретарь диссертационного ^ __

совета, кандидат технических наук И. Л.

Актуальность работа В новых экономических условиях России повышаются требования к учету речного стока как одному из основных видов водных ресурсов. Эффективным средством контроля и увязки стока на участках рек служат русловые водные балансы (РВБ). Kai? правило, они составляются за достаточно продолжительные интервалы времени: годы, месяцы, однородные по гидрологическому режиму периоды. Вместе с тем, при решении таких водохозяйственных задач как оперативный учет и краткосрочный прогноз стока, оптимальное управление водохозяйственным комплексом, оценка динамики переноса загрязняющих вещэств, часто необходимо рассматривать более короткие периоды: декады и сутки. Надежной гидрологической основой для решения этих аадач должны послужить суточные русловые водные балансы, опыт составления которых ограничен и не систематизирован. Этим определяется актуальность выполненных исследований.

Цель работы - методическое обоснование наиболее важных аспектов расчета РВБ за короткие интервалы времени. К ним относятся:

1. Учет русловой трансформации стока на основе данных гидрологической сети посредством выполнения расчета неустановившегося движения воды или определения руслового регулирования.

2. Проверка надежности расчета баланса в целом и его отдельных элементов.

3. Качественная и количественная оценка генезиса невязок баланса.

Научная новиана. Впервые выполнен сравнительный анализ области применения наиболее распространенных упрощенных методов расчета неустановившегося движения и даны рекомендации по их использовании Предложен метод, позволяющий учитывать эффект пойменного регулирования при расчете трансформации расходов воды по длине рек. Разработана схема применения одномерного сплайна при определении русловых емкостей. Предложены способы использования упрошенных уравнений движения при расчете суточного руслового регулирования. Обоснованы методы и критерии оценки надежности расчета РВБ и корреляционно-регрессионного анализа генезиса его невяэок.

Практическая ценность. Применение предложенных методов позволяет существенно повысить достоверность расчета суточных рус-

ловых водных балансов и открывает возможность для эффективного их использования при решении различных водохозяйственных и научных задач.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на V Всесоюзном гидрологическом съезде (1988), научных семинарах (1987-1994), конференции молодых ученых и специалистов (1992), итоговой сессии Ученого совета ГГИ (1994).

Публикации. Основные положения работы нашли отражение в трех опубликованных статьях и двух находящихся в печати.

Внедрение. Совокупность полученных результатов позволила разработать рекомендации по расчету суточных РЕВ, оценке отдельных трудноопределяемых составляющих, оперативному учету и прогнозу стока, которые были апробированы и внедрены в практику гидрологического обслуживания водного хозяйства бассейнов рек Москва. Нижний Дон, Амударья, Маныч.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения на 157 страницах машинописного текста, иллюстрирована 9 рисунками й 26 таблицами. Список литературы включает 117 наименований.

Содержание работы

В первой главе дается краткий очерк развития метода РВБ. современное состояние вопроса, постановка задачи исследований. Большой вклад в совершенствование метода внесли Вольфцун И. Б.. Устюжанин В. С., Карасев И. Ф. , Савельева А. Е В частности, благодаря их усилиям подготовлены и изданы Методические указания, положенные в основу расчетов РВБ за декадные и месячные интервалы времени, выполняемых в УШЗ.

В 80х-90х годах ГГИ проведены гидрометрические исследования рек Куры, Москвы, Нижнего Дона, Амударьи, Маныч с участием автора. Существенной частью этих исследований являлась увязка стока по длине реки и метрологическая оценка гидрометрических данных.

Показано, что повышение точности определения основных составляющих, постоянно возрастающая потребность в оперативных данных предопределили необходимость методического обоснования рас-

чета русловых водных балансов за короткие интервалы времени.

РВБ выражает соотношение между поступлением воды на участок реки (канала) через верхний ограничивающий створ и стоком в нижнем, замыкающем створе с учетом притока, изъятий, потерь и сбросов воды между ними. В зависимости от характера решаемых задач могут быть использованы различные уравнения РВБ. При учете полного комплекса приходных и расходных составляющих баланса применяется развернутое уравнение, которое в наиболее обшрм случае имеет вид:

Qb - Qh + Q6n + Qck + Qcb - Qbs - Qht + Qoc + Qcp + Qnn +

± Qpp t Q6p t Оф ± СЗл ± Oo - 0, ( 1 )

где Qb и Qh - расходы воды в верхнем и нижнем створах; Q6n и Qck - боковой и склоновый приток: Qcb и Qbs - сбросы и водозаборы воды; Qht - потери на испарение и транспирацию; Qoc и Qcp - поступление от осадков и таяния снегозапасов в русле; Онп - приток напорных подземных вод; Qpp и Q6p - русловое и береговое регулирования; Оф - фильтрационный отток или приток подавших сод в русло при установившемся режиме; Ол - потери на ледообразование или поступление от таяния льда; Qo - остаточный член уравнения, компенсирующий неучтенные элементы РВВ и совокупную погрешность учтенных.

Обшая структура РВВ зависит как от климатических условий, так и от факторов подстилающей поверхности, которые перераспределяют поступающую на водосбор влагу шхду различными составляющими баланса. Структурные особенности РВВ связаны также о хозяйственным использованием речных и подземных вод. Имеет значение и местоположение расчетного участка по длине реки, тал как состав элементов РВВ в зоне формирования стока (верхнее течение) и зоны транзита (среднее и мдаее течение) с умственно различен.

В зависимости от водохозяйственных требований русловые водные балансы составляются за различные интервалы времени. Наиболее сложной является задача расчета РВВ и увязки стока за короткие интервалы времени - декады, сутки, В случае суточных РВВ, необходимо учитывать трансформацию расходов воды по длине реки.

т. е. тем или иным методом выполнять расчет неустановившегося движения воды. Для короткого интервала времени уравнение РВБ можно записать в следующем виде:

Кт ОвЛ-г - ()нЛ + £ 01,1 + ОоЛ - 0, ( 2 )

¿•I

где Ь - расчетный момент времени; т - время добегания расхода воды на участке; (¡1 (и - сумма неосновных элементов баланса (основными будем считать данные учета стока и русловое регулирование); Кт - коэффициент трансформации волны паводка.

кт. а»,* - йРР>г _

О-в.г-г

Такая интерпретация РВБ дает возможность:

- оценивать трансформацию волны паводка на участке реки:

- контролировать данные учета стока или элементы, входящие в 2.(31(0, в том числе не поддающиеся непосредственным измерениям;

- прогнозировать сток в замыкающем створе с заблаговременностыо. равной времени добегания расхода воды на участке.

Непосредственный расчет неустановившегося движения воды выполняется для створов, где измерения либо не проводятся (например, в устьевых створах), либо неполны или неточны. При наличии надежных данных учета стока решается обратная задача: определяются морфометрические характеристики участка и русловое регулирование.

Во второй главе обосновывается расчет неустановившегося движения воды при отсутствии детальной ыорфометрической и гидрологической информации. В этом случае целесообразно применять упрощенные методы, для реализации которых достаточно данных сетевых наблюдений. В работах Калинина Г. Е , Милюкова П. И. . Кучмента Л. С. , Корня К И., Нежиховского Р. А., Грушевского М. С., Виноградова Ю. Б., Попова Е. Г., Харченко П. Ю., Карасева И. Ф. . Коваленко В. Е , Кюнжа Ж. А. , Холли Ф. М., Вервея А., Дуджа Ж. С., Струп-ческого Е Г. . Напиорковского Ж. Ж. и многих других авторов дается теоретическое обоснование различных вариантов упрошенного расчета. Но в них, как правило, не содержится сопоставимых количест-ьонных оценок их эффективности, что затрудняет выбор метода для

решения конкретной задачи.

В данном исследовании на натурных материалах специальных наблюдений ГГИ в нижнем бъефе ГЭС на р. Тверце (1959) сделана попытка оценить область применения и погрешность расчета наиболее распространенных методов, основанных на упрощенных уравнениях движения. Проверялись следующие методы: Маскингам. метод кривых добегания (интеграл Дюамеля), методы, основанные на уравнениях диффузионной и кинематической волны.

Отдельно рассмотрен расчет на участках с поймой, оказывающей существенное влияние на динамику неустановившегося движения. Для этих условий нами совместно с И. Ф. Карасевым предложен балансовый метод, позволяющий количественно оценивать эффект пойменного регулирования стока. В этом случае уравнение руслового водного баланса бесприточного участка записывается в следующем виде:

Он - (Зв + Орр + Опр , ( 4 )

где расход руслового регулирования вычисляется по формуле:

<ЗРР - -^х- ь > < 6 '

где ¿Рв.лРн - приращение плопади водного сечения верхнего и нижнего створов, м; лЬ - расчетный интервал времени, о ; I - длина участка, м. Исследования показали, что относительное пойменное регулирование

Опр - ( 6 )

зависит, по крайней мере, от двух факторов:

- относительного изменения общего уклона свободной поверхности на участке при неустановившемся движении по сравнению со стационарным режимом (конвективная характеристика)

Т"1^' <7>

- параметра нестационарности (локальная характеристика)

- -тЫ й • < 8 >

где са - волновая скорость, м/с; 2 - отметка уровня воды. м.

- в -

Наилучшей формой связи Qnp - d¿h) , оказалось уравнение регрессии

Qnp - аД^УЧ аг/с*н/ . ( 9 )

Параметры уравнения ( 9 ) рассчитаны по результатам экспедиционных наблюдений ГГИ на реках Кура (1984), Москва (1986), Дон (1988): а<- 23.2, аг- 2,1.

Проверка методов по материалам наблюдений на р. Тверце выполнялась как для участков, ограниченных соседними створами, так и для общего участка (I-VI) протяженностью 27.3 км. Первый участок представляет собой канализированное русло, следующие - естественное русло с поймой, причем, если на втором располагается высокая пойма, то, начиная с третьего, - пойма низкая. Боковая приточность на всех участках практически.отсутствует. Нестационарность водного режима оценивалась с помощью коэффициента o¿h. Численные эксперименты относились к достаточно разнообразным условиям: отсутствие и наличие поймы, резкая нестационарность потока, наблюдаемая на первых трех участках (о£н > 0,25) и слабо выраженная - на четвертом и пятом (<¿ н < 0,25).

Расчет производился в два этапа- 1) по измеренным данным трех попусков (8-9.08, 10-15.08, 15-16.08) подбирались оптимальные значения параметров каждой модели (критерий - минимальное значение среднего квадратического отклонения рассчитанных гидрографов от наблюденных); 2) для контрольных попусков 7- 8.08 и 16-17.08 по гидрографам входных створов и принятым параметрам рассчитывались расходы воды в замыкающих створах каждого участка. Результаты приведены в табл. 1 и на рис.

Апробация балансово-динамического метода (БДМ) по данным наблюдений на р. Тверцы позволила в результате численных экспериментов установить оптимальные значения коэффициентов а, и аг для разных условий нестационарности (табл.2). По мере уменьшения нестационарности потока, параметры а< и a¿ закономерно стремятся к значениям, полученным при разработке метода (23.2 и 2.1). При выраженной нестационарности потока форма зависимости Qnp -<¿h) изменяется, в этом случае параметры а* и аг следует рассматривать, как функции от «¿н.

Таблица 1

Средние квадратические отклонения рассчитанных гидрографов р. Тверцы от измеренных (%)

метод расчета

и/и гагатам Кривых добег. ДВ КВ БДМ РВБ

ств.

1 2 3 4 . 5 6

Шпуск 7-8.08

1-2 14.9 71.1 1.0 13.0 . 24.8 31.2

2-3 25.7 44.8 9.8 25.2 11.9 28.8

3-4 25.4 24.6 15.5 48. 5 19.1 23.0

4-5 6.6 10.2 13.5 13.8 9.2 7.0

5-6 8.5 8.4 2.5 16.3 8.4 6.7

1-р 15.2 49.6 25.1 33.8 19.3 31.2

Попуск 16-17.08

1-2 6.4 43.1 0.7 5.7 7.0 5.0

2-3 8.9 30.5 6.0 15.4 9.6 23.8

3-4 17.4 19.1 9.3 32.8 12.5 16.4

4-5 5.9 10.4 10.5 15.4 5.6 5.7

5-6 4.5 4.9 1.6 7.4 5.5 4.0 '

1-6 9.4 37.4 19.5 35.1 20.6 30.1

Весь период (6.08-17.08)

1-6 7.2 35.4 20.1 36.3 21.3 32.2

йм-»/с

(20

о л.

100 ■ &

80

60

40 ■

20 —

р.Тверца. Гидрографы попуска 7.08-8.08 О м5/с

а)

100

80- ( 1

60 . 1

АО * » ]

го! $

5)

- измеренные данные

валансово-динамический мет оооо Масиингам .... метод кривых добегания — кинематическая волна лллл диффузионная волна

12

18

12 18 t час

Расчетные участки: 0.^-1.4 км (а), 1Л-и км (6), 4.9-11.8 км 11.8-20.6 км (г), 20,6-27.8 км (д) от Новотверецкоч ГЭС.

Таблица 2

Оптимальные значения коэффициентов а< и а2 для р. Тверды.

Дата ограничивающие створы

попуска I- II II- ■III III -IV IV- ■V У-У1

а< аг а< аг а» аг а, аг а, аг

8-9.08 1.1 0.9 1.2 1.0 3.3 1.1 10.3 2.2 23.5 2.2

10-15. 08 1.2 0.8 5.1 1.2 20.2 1.9 23.0 2.3 25.0 2.5

15-16.08 0.7 1.0 1.0 1.0 8.1 1.1 21.0 1.9 23. 9 2.3

Для сравнения выполнялся расчет по уравнению руслового водного баланса для бесприточного участка в его традиционном виде:

Он - (Зв + ^ . ( 10 1

Изменение объема воды на участке определялось с достаточной точностью - по материалам аэрофотосъемки. Установлено, что для пойменных участков при резко выраженном нестационарном режиме (участок 2 и 3) замена уравнения неразрывности на уравнение руслового водного баланса ( 10 ) приводит к существенной погрешности расчета (см. табл. 1). В то же время для этих же условий балан-сово-динамический метод (иначе, уравнение руслового водного баланса с учетом пойменного регулирования) дает значительно лучшие результаты, что свидетельствует о его эффективности. С уменьшением нестационарности движения (по мере удаления от ГЭС) результат расчетов этими методами становятся близкими. Для участков 4 и 5 относительное расхождение значений Опр вычисленных по данным аэрофотосъемки и соотношению ( 4 ) составило 3-10 %, т. е. в этом случае новый метод позволяет непосредственно оценивать пойменное регулирование, для определения которого обычно требуется значительный объем детальной морфометрической информации.

Анализ результатов расчета упрошэнными методами показывает, что наиболее точным по сравнению с другими вариантами оказался расчет по уравнению диффузионной волны (ДВ). Главное преимущество этого метода заключается в возможности учета подпорных явле-

- 1Я -

ний. В целом же можно сделать вывод об обоснованности и достаточной эффективности применения упрошенных уравнений 'движения в условиях слабо выраженной нестационарности потока.

11а основе полученных оценок погрешности для расчета неустановившегося движения потока на участках РВВ рекомендуются следующие области применения упрощенных методов (в скобках указано относительное среднее квадратическое отклонение получаемых гидрографов от измеренных):

1) выраженная нестационарность потока (ы. н > О. 25)

- уравнение ДВ (5-15 %) и БДМ (10-20 %);

2) умеренная нестационарность потока (об н < 0.25)

пщзь'.аттесюго русла

- уравнение ДВ (2-5 %), а при сС н < 0.11 - допустимо применение интеграла Дюамеля (5-10 %) и- уравнения КВ (5-15 %);

тприэматтеского русла

- при наличии детальной морфометричеекой информации выполнять расчет по уравнению РВВ (5-10 %);

- при отсутствии морфометрических данных наиболее эффективны уравнение ДВ (2-5 %), метод Маскингам (5-10 %) и БДМ (5-10 %).

Третья глава посвящена методам расчета руслового регулирования, которое в паводочный период является одним из наиболее значимых элементов РВБ. В условиях выраженной нестационарности потока кривая объемов воды У(Н) становится неоднозначной и при расчете русловой емкости необходима детальная морфометрическая и гидрологическая информация. Для случая ее ограниченности разработана методика расчета русловой емкости, включающая схематизацию русла и применение одномерного сплайна при интерполяции отметок уровня воды и площадей водного сечения по длине участка.

Проверка методики, выполненная по данным наблюдений на реках Тверца, Москва' и Дон, позволила получить оценки точности определения уровня и объема воды, а также руслового регулирования при различной дискретизации русла системой поперечников и уровенных постов. Для сравнения использовались результаты линейной интерполяции. При этом установлено, что:. - при отсутствии данных о профиле водной поверхности сплайн-интерполяция отметок уровня воды точнее линейной, так как она использует данные по участкам, сопряженным с расчетным;

- наличие переломов водной поверхности, не учитываемых при ее аппроксимации (а такие переломы г(х) обнаружены практически на всех расчетных участках), приводит к существенной погрешности расчета У и суточных ОРР. заметно возрастающей в паводочный период. Наибольшие значения погрешности определения емкости и суточного руслового регулирования (<У(}рр) имеют место на участках с относительно большим уклоном. Так, для верхнего течения р. Москвы (I - 0,2 - 0,3 I.) они в отдельных случаях достигали соответственно 40 % и 39 м'/с:

- при расчете объема воды на участке правильней решать задачу сглаживания . а не интерполяции, т. е. применять сглаживающий сплайн:

При отсутствии морфометрических характеристик участка реки и данных о профиле водной поверхности для определения руслового регулирования за короткие интервалы времени допустимо применять гидравлические зависимости. Рассмотрены две схемы расчета: по уравнению кинематической волны и балансово-динамическим методом.

Проверка предложенных соотношений проводилась по материалам исследований на реках Тверце (1959), Москве (1986), Лмударье (1989, 1990). Для сравнения использовались результаты расчета по измеренным морфометрическим характеристикам участков.

Балансово-динамический метод оказался эффективней других вариантов при вычислении руслового регулирования на участках близких к ГЭС (верхние участки р.Москвы и р.Тверцы). Что подтверждает оценку области применения БДМ, сделанную во второй главе. Модель КБ, несмотря на простоту и требование наименьшего обьема исходной информации в условиях слабо выраженной нестационарности потока дает вполне приемлемые результаты.

В четвертой главе рассматриваются методы и критерии надежности расчета РВБ. Оценку надежности расчета РВБ за короткие интервалы времени предлагается выполнять на основе статистического анализа последовательности Оо. При этом принимаются во внимание следующие условия и критерии:

1. Результирующая погрешность

6о -У| 6/

/ ()о / < Бо - Ьрв0

( И )

где N - число элементов РВБ; } - порядковый номер элемента; 60, 6; - средние квадратические погрешности определения соответственно остаточного члена баланса и его отдельных составляющих; Бо - прег^льная (допустимая) погрешность расчета; Ьр - квантиль-ный множитель. при доверительной вероятности р - 0.95 и нормальном распределении совокупной погрешности 1Р - 1,96.

Выполнение этого критерия свидетельствует о том, что остаточный член баланса не значим - соизмерим с совокупной погрешностью его определения, а расчет РВБ надежен.

2. Величина Ро - фактическая обеспеченность допу<" ямой погрешности расчета, иначе - отношение числа расчетных интервалов времени (п - п0), в течение которых невязки не превышали Бо, к общему их числу (п)

л — По ч / ^ л \

Ро--— , ро > р , ( 12 )

где р - заданная доверительная вероятность расчета допустимой погрешности расчета (Бо).

3. Центр распределения выборки Оо, оцениваемый средней арифметической величиной

п

пхь - Оо - Щг~ . /т0в/ Эш - ^ . ( 13 )

где 1 - порядковый номер расчетного интервала времени: Эш - предельная погрешность определения та,. Несоблюдение ( 13 ) свидетельствует о значимости систематической составляющей погрешности расчета за рассматриваемый период.

4. Рассеяние невязок баланса, оцениваемое величиной среднего квадратического отклонения

'во" " п - i

<V , ( 14 )

где - среднее квадратическое отклонение предельных погрешностей расчета г » _—.

CIS)

При выполнении условия ( 15 ) будем считать, что учтены все зна-

- 1Б -

чимые элементы баланса, а систематические погрешности расчета на порядок меньше случайных.

Предложенные критерии и условия отражают оценки различных сторон природы невязки баланса. Поэтому задачи, связанные с проверкой надежности расчета РВБ и совершенствованием его методики, будем решать на основе модели принятия оптимального решения одновременно по нескольким критериям, т. е. в рамках многокритериальной задачи (МЗ). В данном случае применим наиболее прямолинейный подход к решению МЭ, сводящийся к замене системы целевых функций их взвешенной суммой весовые коэффициенты).

При сравнении двух вариантов РВБ в качестве целевых используем следующие функции:

П -(Ро"Ро)-б$ . Гг-/тов/ -/Ши0/, ба„~б! (16-18)

Индексы 1 и 2 означают номер варианта расчета

Значения А* - назначаем в зависимости от поставленной задачи. Более точным признаем расчет максимизирующий взвешенную сумму. Эту схему можно применять для решения следующих задач.

1. Оценка надежности и детальности расчета баланса.

В этом случае характеристики р„. т01>, 60„ искомого варианта сравниваются с их предельными значениями, вычисленными при проверке критериальных условий ( 12 ), ( 13 ), ( 14 ). При этом весовым коэффициентам присваиваются следующие значения: Л, - 0.40, 0.15, А3- 0,45, полученные по результатам расчетов РВБ на участках реки Амударьи (1981-90). Различие значений Я« вызвано тем обстоятельством, что при неполном балансе уточнение одного из элементов иногда приводит к увеличению шао при уменьшении бао и увеличении р0. В связи с этим вес Гг - наименьший. В случае выполнения условия ( 13 ) коэффициент полагается равным нулю.

Составление РВБ считаем надежным, а его расчетное уравнение достаточно детальным, если сумма Б1 -2ГчАгГ*>0.

2. Выбор эффективных методик расчета элементов РВБ.

В качестве "первого" варианта здесь рассматривается исходный расчет РВБ, "второго"- результат уточнения элементов баланса .Значения весовых коэффициентов в первом приближении такие же, как и при решении предыдущей задачи.

Методику определения рассматриваемого элемента признаем более эффективной, по сравнению с другими вариантами расчета, если ее использование приводит к максимизированию суммы 02

3. Проверка значимости неучтенной составляющей.

■ Неучитываемый ранее элемент РВБ признаем значимым, если при включение его в расчетное уравнение соблюдается условие:

03-1 (Гк - 1,956* ) >0, ( 19 )

где - погрешности вычисления соответствующих целев функций, которые определяются по формулам, полученным методом частных погрешностей.

бг(=уЖ^НЕ^б$> й^ЩЕШ> ( 2о-22)

При выявлении источников систематических погрешностей расчета элементов РВБ применен корреляционно-регрессионный анализ связей остаточного члена баланса с его элементами Оо-ГХО}), для которых характерна взаимная коррелированность, нестационарность и нелинейность.

Для исключения или хотя бы ослабления влияния взаимоевпзан-кости элементов РВБ используются частные коэффициенты корреляции, как мера линейной связи между Оо и какой-либо одной иа составляющих Оз при устранении влияния элемента Ок, имеющзго наибольший значимый коэффициент парной корреляции с С^.

- ^ - — , ( 23 )

Ча-пю - г Л)'

где Я} - частный коэффициенты корреляции J - го элемента о Оо при устранении влияния <}к; г; , г* , г;* - парные коэффициенты корреляции.

Значимость устанавливается.посредством известных соотношений с учетом длины выборки. Считается, что элементы имеющие значимые частные коэффициенты корреляции Я] рассчитываются с систематической погрешностью. На основе.анализа значимых элементы ранжируются по вкладу в остаточный член баланса.

Устранение нестационарности связей <Зо-Г(С)Я достигается вы-

делением периодов, однородных по генезису источников систематических погрешностей. С этой целью предлагается использовать критериальное условие Оо < Бо. а уточнение границ выделенных периодов выполнять, используя результаты корреляционного анализа выборок Оо фиксированной длины (20-30 суток) с последовательным их смешением на одни сутки.

Количественная оценка систематических погрешностей выполняется методом регрессионного анализа связей (}о-Г(0;)). выделенных на основе сравнения коэффициентов корреляции Н} . На значения коэффициентов регрессионных уравнений накладываются ограничения. исходя из знания физически реальных пределов изменения систематической погрешности данного элемента. При линейных связях Оо-Г(СШ общее уравнение регрессии имеет вид:

Оо - I А + 8 , ( 24 )

где Л/ - коэффициенты уравнения: 03 - элементы баланса, иусюите значимые частные коэффициенты 13}; ё - случайная ошибка. В этом случае

т, - Л < с; , • ( 25 )

где т; - относительные систематические погрешности: с; - предельно возможные относительные систематические погрешности. При нелинейности искомых зависимостей

Оо -Zßj f(QJ) + а . ( 26 )

m я'f(Q,) < ( Ol \

mj - —щ-< с; . ( 27 )

Выбор формы и типа линии отдельных связей Qo-f(QJ) осуществляется на основе априорной информации. Применение получаемой эмпирической формулы ограничено исследуемым промежутком времени, т. е. в данном случае регрессионные модели дают только точечные оценки вклада искомого элемента в Оо. Требуемая детальность и точность таких оценок определяется задачами исследований.

В пятой и шестой главах приводятся результаты исследования руслового водного баланса верхнего течения р. Москвы и водного

баланса Пролетарского водохранилища (р.Маныч). В данных случаях применение предложенных методических' разработок позволило:

- оценить эффективность выполненных уточнений расчета стока:

- выбрать 'злее достоверные способы расчета элементов и идентифицировать параметры используемых при этом моделей;

- выявить наиболее вероятные источники систематических погрешностей расчета и в отдельных случаях количественно оценить эти погрешности;

- существенно повысить надежность расчета РВБ и ВБ эа короткие интервалы времени (табл.3).

Таблица 3

Статистические характеристики суточных РВБ

Река Участок Период Вариант Он шв. бав Ро 01

РВБ м3/с ы*/с м5/с м3/с

Москва Можайский ГУ IV. 86 ЦГМС 1Б5 1.8 25.0 24,4 0.63 -3.4

-Нестерове ГГИ 151 0.0 11.0 23,7 0.87 4.9

Нестерово- ЦГМС 180 -4.8 19.1 24,9 0.80 1.1

Звенигород ГГИ 181 0.2 12,9 24,5 0.87 4.4

Звенигород- ЦГМС 241 -15,5 21.1 28; 6 0.77 0.1

Петрово- Дал. ГГИ 259 -0,5 10,9 28,9 0.97 8.7

Маныч Е Егорлык- Ш-ХП ДБВО 40 0.6 12,1 8.7 0.58 -2.8

| Пролет. ГУ 1993 ГГИ 44 2.0 8.2 8.8 0.76 -1.1

В заключении приведены основные результаты и выводы:

1. Установлены области применения упрощенных методов расчета неустановившегося движения и количественные оценки погрешности расчета.

2. Для расчета неустановившегося движения в руслах с поймой разработан балансово-динамический метод, который на основе оценок интегральных характеристик потока дает возможность учитывать эффект пойменного регулирования.

3. Для случая отсутствия детальной морфометрической ин4юрма-

ции предложена методика расчета русловой емкости, включающая схематизацию русла и применение одномерного сплайна при интерполяции отметок уровня воды и площадей водного сечения по длине участка Получены оценки точности расчета уровня и объема воды, а также руслового регулирования при различной степени дискретизации русла системой уровенных постов и поперечников.

4. Разработана процедура определения руслового регулирования по уравнению кинематической волны и балансово-динамическим методом. Выполнен сравнительный анализ области применения и погрешности расчета различных методов.

5. Предложены критерии для оценки надежности расчета РВБ за короткие интервалы времени. В рамках многокритериальной задачи выполняется проверка надежности и детальности расчета баланса, выбираются эффективные методики расчета элементов РВБ. оценивается значимость составляющих.

6. Обосновано применение корреляционно-регрессионного анализа при выявлении источников систематических погрешностей расчета элементов РВБ и их количественной оценки.

7. Па примере результатов исследований руслового водного баланса верхнего течения р. Москвы и водного баланса Пролетарского водохранилища (Р- Маныч) показана эффективность применения предложенных методических разработок.

По теме диссертации опубликованы следующее работы:

1. Зажимаров С. А. Приближенный расчет трасформации волн паводка на участках русловых водных балансов. - Труды V Всесоюзн. гидрол. съезда, т. 3, 1988, с. 253-258.

2. Яковлева Т. И. , Зажимаров С. А. Оперативно-прогностические модели учета стока на гидрологическом посту р. Дон - ст. Раздорс-кая. - С-П.: ГГИ, Деп. в ВИНИТИ N 2696 - В94, 1994. - 13 с.

3. Зажимаров С. А. Критерии и условия надежности расчета русловых водных балансов. - С-П.: ГГИ. Деп. в ВИНИТИ N 2695- В94. 1994. - 7 о.

4. Зажимаров С. А. Сравнительный анализ и область . применения упрошенных методов расчета неустановившегося движения воды. - С-IL : РГГМИ (в печати).

5. Зажимаров С. А. Применение одномерных сплайнов при расчете русловых емкостей и суточного руслового регулирования. - С-П.: РГГМИ (в печати).

Ротп.ААНИИ.Зак.22-100 Уч.ИЗД.Л.0,8 2i3.04.95