Київський національний університет

імені тараса шевченка

Романчук Марина Євгенівна

УДК 556.166”321”

Обгрунтування науково-методичної бази для

нормування характеристик максимального

стоку весняного водопілля та її реалізація для річок Причорноморської низовини

11.00.07 – гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Київ-2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконувалась в Одеському державному екологічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор

Швебс Генріх Іванович

Одеський національний університет імені І.І.Мечнікова,

завідувач кафедри фізичної географії і раціонального природокористування

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор

Мольчак Ярослав Олександрович

Луцький державний технічний університет,

декан технологічного факультету, професор кафедри екології і безпеки життєдіяльності

кандидат географічних наук, старший науковий співробітник

Войцехович Валентина Олександрівна

Інститут агроекології аграрної академії наук України

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут екологічних проблем Міністерства екології та природних ресурсів України (м. Харків)

Захист відбудеться “25” вересня 2003 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.001.22 в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 90, географічний факультет.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 64.

Автореферат розісланий “ 22 “ серпня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д.26.001.22

кандидат географічних наук В.В.Гребінь

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Максимальний стік весняного водопілля є не лише важливою фазою гідрологічного режиму річок України, але й однією з тих характеристик, від надійного визначення якої багато в чому залежить нормальне функціонування гідротехнічних споруд на річках, паводкова безпека населених пунктів, промислових та сільськогосподарських обєктів.

В Україні фундаментальні дослідження формування максимального стоку весняного водопілля з метою розробки розрахункових і прогнозних методів його визначення виконані А.В.Огієвським (1945), Й.А.Железняком (1977), В.І.Мокляком (1957) та ін. На жаль, починаючи з 70-х років минулого сторіччя, тобто після виходу у світ нормативних документів СН 435-72 і СНіП 2.01.14-83, теоретичні дослідження дещо були припинені, а замість цього у регіональних гідрометеорологічних наукових підрозділах здійснювались, головним чином, уточнення і деталізація параметрів, що описують вищезгадані нормативні документи. Негативною стороною було також нормування характеристик максимального стоку водопілля великих регіонів з використанням базових структур, котрі ні з теоретичного, ні з методичного боків не можна вважати оптимальними. До того ж, опірання лише на стокову інформацію не завжди дозволяє обґрунтувати розрахункові характеристики водопілля річок півдня України, де у межах Причорноморської низовини, наприклад, стаціонарна гідрологічна мережа фактично відсутня і не тільки на малих, але й на середніх за розмірами водозборах.

Викладене дозволяє зробити висновок про актуальність нових теоретичних і методичних підходів щодо нормування характеристик максимального стоку, які враховували б основні фактори його формування, а також використовували як стокову, так й метеорологічну інформацію.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження виконувалось у відповідності з Постановою Кабінету Міністрів України №37 від 26.01.1994 року “Про комплексну програму проведення протипаводкових заходів на 1994-2000 роки”, а також у рамках тем: “Розробка методики розрахунку характеристик стоку весняної повені на південній території України в залежності від снігозапасів” – на замовлення регіонального наукового центру по водних проблемах “Фобіус” (Т-201, 1996), “Розробка нової нормативної бази для розрахунку характеристик паводкового стоку на річках південно-західної території України та Молдови” (тема №39, ДР 0198U005401 від 01.03.1998).

Тема дисертаційної роботи відповідає також основним напрямкам наукової діяльності кафедри гідрології суші Одеського державного екологічного університету у складі бюджетної НДР: “Максимальний та річний стік річок України (1998-2002 рр.)”, одним із співвиконавців якої, починаючи з 2002 року, є автор дисертації.

Вченою радою університету тема дисертаційної роботи затверджена 19 вересня 2002 р., протокол №9.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка нової науково-методичної бази для нормування характеристик максимального стоку весняного водопілля, зокрема, для річок Причорноморської низовини. Головні задачі, які підлягали вирішенню:

- здійснення аналітичного огляду сучасного стану в галузі розрахунків характеристик максимального стоку весняного водопілля в Україні;

- теоретичне і методичне обґрунтування нових підходів щодо нормування характеристик максимального стоку;

- виконання перевірки запропонованої методичної бази і доведення її до рівня практичних рекомендацій для річок Причорноморської низовини.

Обєкт дослідження – водозбори річок південної частини України.

Предмет дослідження – теоретичне і методичне обґрунтування наукової бази для нормування характеристик максимального стоку, зокрема, весняного водопілля на річках півдня України.

Методи дослідження:

- для визначення особливостей редукційних закономірностей у формулах максимального стоку за допомогою комплексного показника загальної редукції було здійснено аналітичний аналіз розробок різних авторів;

- використавши модель руслових ізохрон, автором на єдиній методичній базі теоретично обґрунтована операторна структура розрахункової формули максимального стоку (у співавторстві з Є.Д.Гопченком, 2000), формула граничної інтенсивності та найбільш відомі в сучасній гідрології варіанти редукційних формул;

- при реалізації запропонованих автором розрахункових формул (на прикладі річок півдня України) використані статистичні методи аналізу часових рядів максимальних витрат води, шарів стоку і снігозапасів та просторове узагальнення норм снігозапасів, тривалості схилового припливу під час сніготанення (у вигляді карт або регіональних залежностей).

Наукова новизна одержаних результатів. Вона полягає в обґрунтуванні на підставі моделі руслових ізохрон науково-методичної бази для нормування розрахункових характеристик максимального стоку річок. Автором вперше на єдиній методичній основі здійснено поєднання формул операторного типу, граничної інтенсивності та найбільш відомих редукційних структур. На матеріалах спостережень гідрометеорологічної мережі, що розміщується на території півдня України, виявлені недоліки в області можливого використання тих чи інших розрахункових структур. Зокрема, показано, що при нормуванні характеристик максимального стоку весняного водопілля на півдні України відомі формули редукційного типу не спроможні забезпечити необхідну точність.

Практичне значення одержаних результатів. Запропонована автором розрахункова схема може знайти своє використання при підготовці в Україні нових державних документів по нормуванню характеристик максимального стоку весняного водопілля невивчених, у гідрологічному відношенні, річок. Методика ж розрахунку максимального стоку весняного водопілля (у тому числі й їх верхніх граничних значень) для річок Причорноморської низовини може бути використана у виробничих установах Одеського облводгоспу. Фактично, Одеському облводгоспу вже передані, в установленому порядку розглянуті і використані методичні рекомендації по розрахунках характеристик максимального стоку весняного водопілля на півдні України, у розробці яких автор приймав безпосередню участь.

Особистий внесок здобувача. Теоретичні і науково-методичні аспекти проблеми розрахунку характеристик максимального стоку автором розроблялись при виконанні наукових тем спільно з іншими дослідниками. При цьому дисертанту особисто належать усі результати та обґрунтування, які стосуються максимального стоку весняного водопілля річок півдня України, аналітичного аналізу сучасного стану в галузі розрахунку максимального стоку весняного водопілля в Україні, обробка і узагальнення вихідної інформації. У наукових публікаціях із співавторами внесок дисертанта є паритетним (в питаннях науково-методичних підходів) або особистим (у розрахункових схемах максимального стоку весняного водопілля).

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались на міжнародному симпозіумі “Управление и охрана побережий северо-западного Причерноморья” (Одесса, 1996), на міжнародній конференції “Новые подходы по нормированию расчетных характеристик максимального стока” (Кишинів, 1998), на ювілейній конференції, присвяченій 50-річчю Одеської гідрологічної школи (Одеса, 1999), на Першій Всеукраїнській науковій конференції “Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія” (Київ, 2001), на науково-практичній конференції “Перспективи розвитку науково-практичного забезпечення та ефективність використання гідрометеорологічної інформації в галузі національної економіки” (Київ, 2001), на IV Міжнародній конференції “Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов (Владикавказ, Россия, 2001), на Міжнародній конференції “Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища – 2002”, (Одеса, 2002). Науково-методичні підходи щодо нормування розрахункових характеристик весняного водопілля використанні у монографічному виданні Гопченка Є.Д. і Овчарук В.А. “Формирование максимального стока весеннего половодья в условиях юга Украины” (Одеса, 2002, 110 с.).

Публікації. За темою дисертації автором особисто та у співавторстві опубліковано 17 наукових статей, з них 12 – в рекомендованих ВАК України виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел, додатку. Повний обсяг роботи становить 241 стор., містить 45 рисунків, 3-х додатків на 40 стор.

Зміст роботи

У вступі наводяться відомості щодо актуальності дисертаційної роботи, про її звязок з науковими програмами, темами, про методи дослідження і наукову новизну, про теоретичне і практичне значення, про апробацію результатів дисертації і публікації автора.

У першому розділі дається коротка характеристика фізико-географічних і кліматичних умов району дослідження, як обєкту для перевірки запропонованих автором розрахункових методів максимального стоку весняної повені. Географічно він знаходиться у межах Дунайсько-Дністровської, Дністровсько-Бугської (між нижніми відрізками річних долин Дністра і Південного Бугу) та Бугсько-Дніпровської (між Південним Бугом і Дніпром) областей і відзначається сухістю клімату, переважанням ґрунтів чорноземного і каштанового типів, домінуванням травяної степової рослинності.

Особливістю зим (а саме вони представляють найбільший інтерес з точки зору формування умов наступного водопілля) є часті відлиги, які повязані з переміщенням циклонічних утворень з Атлантики, Середньоземного і Чорного морів. Інтенсивні відлиги, значні опади і ожеледиця, завірюхи спостерігаються при виходах на описувану територію південних і південно-західних циклонів. У більшості випадків при цьому на півдні сніговий покрив майже повністю сходить. Через недостатню зволоженість території формування поверхневого стоку відбувається переважно (на 50-80% річного стоку) саме за рахунок талих снігових вод. Сніговий покрив через часті відлиги – нестійкий. Запаси води в снігу на момент його танення складають у більшості 20-25 мм, а на півдні – менше 20 мм. Промерзання ґрунту відбувається головним чином, починаючи з грудня, і майже до березня (але його глибина в цілому невелика – 15-25 см, рідше – 30-35 см).

Максимальні рівні і витрати води річок спостерігаються у середньому в першій десятиденці березня. Але навіть у самі дружні весни високе водопілля в різних частинах території відбувається не в одні й ті ж роки. По пунктах з найдовшими рядами спостережень за стоком води високі водопілля відзначались у 1932, 1940, 1941, 1963, 1964, 1969, 1970 і 1980 рр. В дисертаційній роботі наводиться декілька карт просторового розподілу снігозапасів для характерних років.

У другому розділі розглядається сучасний стан нормативно-методичної бази в галузі розрахунку максимальних витрат води весняного водопілля на річках України, побудованих на емпіричних і напів-емпіричних формулах, а також заснованих на загальній теорії руслових ізохрон.

Перші були запропоновані Д.І.Кочеріним (1928), а потім знайшли свій подальший розвиток у працях Д.Л.Соколовського (1945) і К.П.Воскресенського (1956). Сучасний варіант редукційної формули СНіП 2.01.14-83 має вигляд

де - максимальний модуль; - шар стоку весняної повені; - площа водозбору; с – емпірична добавка до площі для врахування уповільнення редукції модуля в області невеликих водозборів.

У працях Є.Д.Гопченка (1989) показано, що структури у вигляді (1), безпосередньо виводяться з одномодального гідрографу, як само й формула А.В.Огієвського (1938)

де - тривалість водовіддачі снігу; - довжина річки; - ухил річки.

Якщо мати на увазі, що чисельник в (1) є модуль схилового припливу, то загальний вигляд редукційних формул буде таким

До цієї ж групи відноситься й обємна формула В.І.Мокляка (1957)

де - коефіцієнт нерівномірності руслового стоку; - параметр для

врахування регулюючого впливу на залісеності та заболоченості водозборів; - час руслового добігання.

Засновником формул, що входять до другої групи, з повним правом вважається М.А.Веліканов (1940). Подальший розвиток цей напрям досліджень знайшов у працях Г.О.Алексєєва (1946), А.В.Огієвського (1949), В.І.Мокляка (1956), А.М.Бефані (1958), Й.А.железняка (1977) та інш. Зокрема, по А.В.Огієвському:

де - максимальна витрата води; - параметр, який залежить від співвідношення між і; 1.0 – коефіцієнт, що залежить від форми водозбору і характеру припливу води зі схилів до руслової мережі; - площа одночасного формування витрати води.

По Й.А.Железняку, де - метеоролого-гідравліко-морфометричний параметр.

По В.І.Мокляку, де - середня максимальна інтенсивність водовіддачі за проміжок часу, що дорівнює 1 годині; - редукційний коефіцієнт, який залежить від співвідношення.

По А.М.Бефані, де - коефіцієнт діючого шару стоку

- гідрографічний коефіцієнт, за допомогою якого враховується форма водозбору і динаміка схилового припливу; - коефіцієнт русло-заплавного регулювання.

У наступному розділі, з єдиних концептуальних позицій обґрунтованих Є.Д.Гопченком, Т.В.Казанковою і Л.В.Науменко (1997), здійснено аналіз наведених вище розрахункових структур.

У третьому розділі наводиться структурний аналіз цих формул з точки зору відображення кожною з них редукції максимальних модулів з ростом водозбірних площ. Щоб такий аналіз виконати, названі вище автори запропонували комплексний показник редукції. Його верхньою фізичною границею є одиниця при. При всіх значеннях 0 коефіцієнт загальної редукції <1.0.

Основний висновок полягає в тому, що наявність великої кількості формул для розрахунку максимального стоку, різноманітність їх структур, а також різне описування одних і тих же процесів трансформації повеневих (чи паводкових) хвиль потребують розробки такої нормативної бази, яка б органічно поєднувала у собі позитивні якості відомих і діючих нині в Україні розрахункових схем.

У четвертому розділі обґрунтовується базова розрахункова методика для нормування характеристик максимального стоку. За вихідну прий-нята модель руслових ізохрон. При цьому, річний водозбір моделюється у довільній формі, гідрограф схилового припливу – у вигляді функції qt, часовий крок -, коефіцієнт русло-заплавного регулювання як.

Для співвідношення одержане рівняння

де - найбільше значення шару стоку за попередній час добігання; - гідрографічний коефіцієнт.

Таким же чином обґрунтовується рівняння для при співвідношенні, а саме

де - загальний шар стоку; - гідрографічний коефіцієнт.

Вирази (10) і (11) повністю співпадають з тими, що раніше були обґрунтовані А.М.Бефані (1958). Виходячи з (10) і (11), можна записати рівняння для відомої структури граничної інтенсивності. Прийнявши гідрограф схилового припливу в редакції Гопченка Є.Д. (1975),

Після підстановки (13), з урахуванням (14), в (10), будемо мати

представляє собою комплексну, схилово-руслову трансформаційну функцію (за термінологією Є.Д.Гопченка, 1998).

Таким же чином при співвідношенні, виходячи з (11),

В узагальненому варіанті формула граничної інтенсивності буде мати розрахунковий вигляд:

де - гідрографічний коефіцієнт (при 1.0 він співпадає з, а при 1.0 – з).

Недоліком формул граничної інтенсивності, у тому числі й (19), є те, що трансформаційна функція - розмірна, а це створює незручності при її нормуванні. В дисертації наводяться також структурні вирази (19), коли замість використовуються снігозапаси (в сумі з опадами від дати до кінця повені) або добові величини опадів (для дощових паводків).

Більш сприятливою представляється операторна структура формули максимального стоку. Головна її перевага полягає в тому, що при цьому використовуються безрозмірні комплекси загальної трансформації, а з іншого боку, сама структура розкриває процес трансформації максимального модуля схилового припливу в русловий -. З цією метою позначимо вираз, що стоїть у квадратних дужках (13), з врахуванням, через і назвемо його коефіцієнтом розпластування під впливом, тобто при 1.0

За аналогією, використовуючи (11), та з урахуванням (14), при 1.0

Верхнє граничне значення (при =0), незалежно від форми водозбору, буде дорівнювати одиниці. Таким чином, операторна структура формули максимального стоку буде мати загальний вигляд:

де - максимальний модуль схилового припливу, який визначається за (14); - коефіцієнт зарегульованості максимальної витрати води під впливом регулюючої ємності озер, водосховищ, ставків проточного типу (розраховується за методикою СНіП 2.01.14-83). Структура (22) є універсальною як збоку охоплення водозбірних площ (від окремих схилів до розгалужених річкових систем), так і походження максимального стоку (будь-то паводки чи водопілля).

Інший частковий висновок полягає в тому, що коефіцієнт загальної редукції можна виразити через площу водозбору, тобто

Співвідношення добре відоме в розрахунковій практиці і, зокрема, описується інтегрально у вигляді

Саме ця структура й знайшла своє використання в СніП 2.01.14-83, але з не зовсім обґрунтованим поширенням її на водозбори, для яких не виконується вихідна умова – осереднення по території.

При осередненні, крім, ще й, матимемо вираз

яке в СНіП 2.01.14-83 використовується для нормування характеристик максимального дощового стоку. Порушуючи вихідні умови (осереднення і), що лежать в основі (26), у нормативному документі здійснюється картування приведеного модуля. Очевидно, що такий прийом узагальнення не є коректним з точки зору уявлення щодо просторового розподілу гідрологічних величин.

На гідрологічних обєктах південної частини України автором виконана перевірка усіх запропонованих структур.

Пятий розділ присвячений саме реалізації структур (19), (22), (25) і (26) і розробці оптимальної методики для розрахунку максимальних витрат води весняного водопілля на річках Причорноморської низовини. Вихідні дані – часові ряди витрат води, шарів стоку, максимальних величин снігозапасів на початок весняного водопілля та кількість опадів від дати до кінця повені були оброблені статистично і розраховані їх значення для опорної забезпеченості Р=1%. Діапазон водозбірних площ – від 62.4 (р.Балцата-с.Балцата) до 9280 км2 (р.Інгулець-с.Могильовка). Сукупність обєктів була поділена на дві групи. Першу склали 20 водозборів, по яких розроблялись параметри і потім здійснювалась перевірка запропонованих розрахункових схем, а другу – 7 водозборів, по яких виконувалась лише незалежна перевірка методик. Норма максимальних снігозапасів картована і змінюється по території у напрямі з півночі на південь від 60 мм (у верхівях рр.Південний Буг, Інгул, Інгулець) до 20 мм – у межах більшої частини Причорноморської низовини. Норма опадів від дати до кінця водопілля розраховувалась в залежності від розміру водозборів

Щодо співвідношення коефіцієнтів асиметрії і варіації, то у цілому для району воно у середньому складає 3.5, тобто =3.5.

Сумарне надходження води на водозбір за період водопілля для забезпеченості Р=1% буде дорівнювати

де - модульний коефіцієнт, який залежить від Р, і співвідношення /=3.5.

Величини талих вод, які формують схиловий стік (з врахуванням інфільтрації, поверхневого затримання та ін.) можна виразити за допомогою коефіцієнта стоку, причому

Запропоновані і відповідні таблиці (редукційного вигляду) для в залежності від розміру водозборів у межах двох районів. До першого відносяться річки між нижніми відрізками річкових долин Дунаю – Дністра -Південного Бугу - Дніпра, до другого – ті, що знаходяться між Південним бугом та Дніпром.

Тривалість схилового припливу отримана чисельним шляхом за методикою Є.Д.Гопченка (1975). По території коливається в досить широких границях – від 43-50 год. на півдні до 120-130 – у північній частині території. Просторове узагальнення здійснено у вигляді відповідної карти.

Коефіцієнти русло-заплавного регулювання максимального стоку, які входять до формул (19) і (22), визначаються за рівняннями (при =0.20, =1.0):

а) при =0

Розглянемо результати перевірки розрахункових формул:

1.Формула граничної інтенсивності (19) при використанні в ній снігозапасів, замість шару стоку, характеризується середнім відхиленням розрахункових модулів від вихідних величин на рівні 15.7% на залежних матеріалах, 25.3% - на незалежних.

2.Операторна структура прийнята у вигляді (22), причому

Середнє відхилення розрахункових модулів від їх вихідних значень знаходиться на рівні 13.6% на залежних матеріалах і 19.2% - на незалежних.

3.Формула редукційного типу. Вона реалізована у чотирьох варіантах:

3.1. Коли у чисельнику (25) були використані шари стоку, а фіксовано на рівні 0.10. Середнє відхилення розрахункових величин від вихідних даних на залежних матеріалах склало 38.5%, на незалежних – 57.2%.

3.2.Цей варіант передбачає використання при розрахунках шарів стоку, а обчислені за допомогою рівняння

На залежних матеріалах середнє відхилення розрахованих від вихідних величин дорівнює 27.5%, на незалежних – 38.3%.

3.3.Той же варіант, що й попередній, але замість використані снігозапаси. На залежних матеріалах середня похибка дорівнює 34.8%, а на незалежних - 17.4%. При цьому у двох випадках похибки перевищили 100% (р.Рибниця-с.Андрійовка та р.Громоклея-с.Михайлівка). без них похибка знижується до 18.2%.

3.4.Якщо скористатися найбільш спрощеною структурою редукційного типу (26) при =3.27 м3/скм2, то середня похибка сягає до - 74.7% на залежних обєктах і - 49.0% - на незалежних. Останнє свідчить про те, що редукційні формули в редакції (26) при перемінних у просторі шарах стоку і тривалостях схилового припливу, зовсім не придатні для нормування характеристик максимального стоку. Не задовольняє вимогам точності й базова структура нормативного документу СНіП 2.01.14-83, яка використовується при визначенні максимальних витрат води весняного водопілля (25). Практичний інтерес може представляти редукційна формула (26), але при визначенні максимального модуля схилового припливу з використанням шарів стоку (або снігозапасів) і тривалостей схилового припливу.

Формула граничної інтенсивності в редакції (19) за своєю точністю відповідає необхідним вимогам, але характеризується деякими незручностями, які повязані з розмірністю трансформаційної функції. Найбільш придатною для можливої нормативної бази слід вважати операторну структуру розрахункової схеми (22). Саме на її основі автором запропоновано розрахункову методику для визначення максимальних витрат води весняного водопілля на річках Причорноморської низовини.

У роботі також обґрунтовані можливі верхні граничні модулі стоку весняного водопілля. Їх нормування здійснювалось шляхом проведення огинаючих на залежностях. В цілому на 15% (у першому районі) і на 29% (у другому районі) більші, ніж ті, що були визначені попередньо.

Висновки.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і здійснено нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці і реалізації на матеріалах спостережень науково-методичної бази для нормування характеристик максимального стоку весняного водопілля.

1.Діючі на сьогодні в Україні нормативні рекомендації СНіП 2.01.14-83 по розрахунках максимального стоку весняного водопілля, які ґрунтуються на напівемпіричних формулах, не можуть обєктивно відобразити увесь комплекс стокоутворюючих факторів і тому потребують заміни (особливо при розробці нового нормативного документу).

2.Використавши комплексний показник загальної редукції, автором здійснено критичний аналіз й інших розрахункових схем, виявлені як позитивні, так і негативні їх сторони.

3.На підставі цього аналізу запропоновано нормування характеристик максимального стоку здійснювати на основі формул, одержаних при розгляданні моделі руслових ізохрон. Тим самим досягається можливість врахувати головні трансформувальні показники максимального стоку (у вигляді функцій руслового розпластування і русло-заплавного регулювання).

4.Виходячи з моделі руслових ізохрон, обґрунтовані три варіанти можливих розрахункових схем:

4.1.Граничної інтенсивності.

4.2.Операторної структури.

4.3.Редукційних (при двох рівнях спрощення)

5.Реалізація запропонованих розрахункових схем виконувалась на матеріалах по стоку річок південної частини України. Причому, обґрунтування параметрів здійснювалось по 20 річкових водозборах (залежні обєкти), а на етапі перевірки розрахункових формул додатково були залучені ще 7 водозборів (незалежні обєкти).

6.Перевірні розрахунки по всіх варіантах формул характеризуються такими показниками: за формулою граничної інтенсивності середнє відхилення розрахункових модулів від вихідних величин складає 18.2%; за редукційними формулами похибки визначаються їх структурою й врахованими факторами (від 68.0% при найбільшому спрощенні до 30.3% - при врахуванні шарів стоку чи снігозапасів і тривалості схилового припливу); за формулою операторного типу - 15.1%, Таким чином, найбільш ефективним методом при нормуванні характеристик максимального стоку, взагалі, і весняного водопілля річок на території Причорноморської низовини, зокрема, є використання операторної структури.

7.Можливі верхні граничні максимальні модулі стоку, які визначені за допомогою залежностей коефіцієнтів стоку від площ водозборів (по верхніх огинаючих) перевищують розрахункові на 20-80% (район 1) і на 10-20% (район 2).

8.Запропонована розрахункова схема рекомендується як варіант можливої наукової бази при нормуванні характеристик максимального стоку, а методика визначення максимальних модулів весняного водопілля 1%-ої ймовірності перевищення для річок Причорноморської низовини - для практичного використання.

Список опублікованих наукових праць, в яких відображені основні

положення дисертації

1.Романчук М.Е. Влияние леса на слой стока весеннего половодья рек Украины. – В кн.: “Гидрологическая роль лесных геосистем”. – Новосибирск: Изд. “Наука”, 1983. – с.66-73.

2.Гопченко Є.Д., Романчук М.Є. Про розрахунок максимального стоку з малих водозборів // Метеорология, климатология и гидрология, 1995. – Вып.30. – С.29-36 (особисто автору належить 50%).

3.Гопченко Е.Д., Казанкова Т.А., Романчук М.Е. О русло-пойменном регулировании максимального стока // Метеорология, климатология и гидрология, 1997. – Вып.34. - С.221-231 (особисто автору належить 40%).

4.Гопченко Е.Д., Казанкова Т.А., Романчук М.Е. Обоснование расчетной схемы максимального стока, опирающейся на теорию русловых изохрон // Метеорология, климатология и гидрология, 1999. – Вып.36. – С.170-179 (особисто автору належить 40%).

5.Гопченко Є.Д., Романчук М.Є. Нові підходи до нормування розрахункових характеристик максимального стоку // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія.- Київ, 2000. – Т.3. – С.144-149 (особисто автору належить 50%).

6.Гопченко Е.Д., Джабур Кхалдун, романчук М.Е. Методические подходы к обоснованию коэффициента русло-пойменного регулирования максимального стока // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2000. – Вип.41. – С.22-28 (особисто автору належить 40%).

7.Гопченко Е.Д., Джабур Кхалдун, романчук М.Е. О роли руслового добегания в трансформации максимальных расходов воды паводков и половодий // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2000. – Вип.41. – С.29-38 (особисто автору належить 40%).

8.Гопченко Е.Д., Романчук М.Е. Математическая модель для расчета характеристик экстремально высоких паводков и половодий на территории Придунайских озер // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2000. – Вип.42. – С.39-49 (особисто автору належить 50%).

9.Гопченко Є.Д., Романчук М.Є. До побудування нової нормативної бази в галузі максимального стоку на річках України. // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. - Київ, 2001. – Т.2. – С.219-226 (особисто автору належить 50%).

10.Гопченко Е.Д., хоанг Тхи Лан Ань, Романчук М.Е. Операторная структура формулы максимального стока с малых водосборов // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2002. – Вип.46. – С.412-418 (особисто автору належить 40%).

11.Романчук М.Е., Швебс Г.И. Поверхностный сток весеннего половодья на территории Украины и методика его расчета // Труды УкрНИГМИ, 1988. – Вып.228. – С.42-49 (особисто автору належить 70%).

12.Романчук М.Е. Поверхностный сток весеннего половодья с малых водосборов лесостепной зоны в условиях антропогенной деятельности // Метеорология, климатология и гидрология, 1989. – Вып.25. – С.81-87.

13.Романчук М.Е. О структуре формул максимального стока // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2002. – Вип.46. – С.293-302.

14.Гопченко Е.Д., Романчук М.Е., Казанкова Т.А. К оценке притока поверхностных вод в Хаджибейский и Куяльницкий лиманы. – Тез.междун.симп. “Управление и охрана побережий северо-западного Причерноморья” - Одесса, 1996. – 132 с.

15.Гопченко Е.Д., Романчук М.Е., Казанкова Т.А. Новые подходы к нормированию расчетных характеристик максимального стока. – Матер.научн.-практ.конфер. – Кишинев, 1998. – Ч.II. – С.209-211.

16.Гопченко Е.Д., Романчук М.Е. Научно-методические подходы к нормированию характеристик максимального стока рек / Тез. Докл.4-й междун.конф. “Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов”. – Владикавказ, 2001. – Т.1. – 150 с.

17.Гопченко Є.Д., Романчук М.Є. Уніфікація розрахункових схем максимальних витрат води річок / Тез. допов. міжнар. конф. “Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища, 2002”. – Одеса, 2002. – С.20-22.

Анотації

Романчук М.Є. Обґрунтування науково-методичної бази для нормування характеристик максимального стоку і її реалізація для річок Причорноморської низовини. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. - Спеціальність 11.00.07 – гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія. Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2003.

Вихідна структура моделі формування стоку ґрунтується на теорії руслових ізохрон (з урахуванням динаміки схилового припливу і русло-заплавного регулювання). Результатом розгляду такої моделі стало одержання декількох розрахункових структур, добре відомих в гідрології (граничної інтенсивності і редукційного типу). Але основна структура, яка особисто й рекомендується для нормування характеристик максимального стоку дощових паводків і весняного водопілля, належить до операторних структур. Базовою величиною являється максимальний модуль схилового припливу води до руслової мережі з подальшою його трансформацією під впливом руслового розпластування і русло-заплавного регулювання. Різні варіанти розрахункових формул реалізовані на матеріалах стокових спостережень на території півдня України

КЛЮЧОВІ СЛОВА: максимальний стік, руслові ізохрони, снігозапаси, русло-заплавне регулювання, весняне водопілля.

Романчук М.Е. Обоснование научно-методической базы для нормирования характеристик максимального стока весеннего половодья и ее реализации для рек Причерноморской низменности. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. – Специальность 11.00.07 – гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. – Одеський государственный экологический університет, Одеса, 2003.

Диссертация посвящена разработке научно-методической базы для нормирования расчетных характеристик максимального стока рек. С этой целью был выполнен аналитический обзор современного состояния в области максимального стока весеннего половодья на реках Украины. При этом использовался комплексный показатель общей редукции – отношение максимального модуля стока к соответствующему модулю склонового притока. Путем имитационного моделирования удалось установить степень соответствия каждой из структур фактическим данным, а также верхнему предельному значению, которое по коэффициенту общей редукции должно быть равным единице. Кстати, последнему условию не удовлетворяет известная формула нормативного документа СНиП 2.01.14-83. С другой стороны, ее структура обладает еще одним недостатком, связанным с тем, что так называемый коэффициент “дружности” половодья при переменной в пространстве величине продолжительности склонового притока не подлежит районированию.

В диссертационной работе методология разработки новой нормативной базы в области максимального стока построена на рассмотрении модели русловых изохрон. При этом склоновый приток задается в виде произвольной функции времени, а русло-пойменное регулирование при прохождении высоких паводков или половодий представляется функцией расстояния частных межизохронных площадок от замыкающего створа. Относительно максимального расхода получено две структуры, имеющие “склейку” в сечении, где - время руслового добегания; - продолжительность склонового притока. В результате преобразования базовых структур обоснованы другие, известные в гидрологии, расчетные схемы (предельной интенсивности, редукционные), применяемые обычно для нормирования характеристик максимального стока дождевых паводков и весенних половодий. Особое внимание обращается на структуру операторного типа, в которой реализуется модель трансформации максимального модуля склонового притока в русловой под влиянием времени руслового добегания (с учетом формы водосборов) и русло-пойменного регулирования. Она удовлетворяет, кроме того, условиям применимости как для паводков, так и половодий, причем для всего диапазона водосборных площадей (от отдельных склонов до крупных разветвленных систем).

Верификация модельных уравнений выполнена на материалах по максимальному стоку весеннего половодья рек юга Украины. Особенностью исходного материала является то, что такие важные характеристики расчетных схем, как снегозапасы, слои стока, продолжительность склонового притока отличаются значительной пространственной изменчивостью. Именно благодаря этому обстоятельству удалось установить области применения редукционных формул (различной структуры). Собственно, в известных редакциях редукционные формулы применительно к половодному стоку на территории юга Украины, не пригодны. Сказанное, по видимому, относится и к остальной территории Украины. Формула предельной интенсивности в целом дает удовлетворительные результаты, но имеет некоторые методические неудобства, которые связаны с размерностью трансформационной функции. Следует обратить внимание на одно обстоятельство, так или иначе связанное с использованием формул предельной интенсивности. Обычно эта процедура применяется при расчетах максимального стока с малых водосборов (например, в СНиП 2.01.14-83, при площадях F<100-200 км2). В диссертации показано, что редукционная кривая осадков неправомерно отождествляется с функцией склоновой и пойменной трансформации. Универсальность структуры формулы предельной интенсивности (с точки зрения ее пригодности для всего диапазона площадей водосборов, а также различных по генезису паводков и половодий) достигается за счет как раз функции склоновой и русловой трансформации, которая определяется соотношением между временем руслового добегания и продолжительностью склонового притока, с одной стороны, и коэффциентом временной неравномерности поступления воды со склонов в русловую сеть. Последний, при отсутствии специально организованных наблюдений за склоновым стоком, может быть сравнительно просто получен по стоковым материалам сценарной гидрологической сети, как верхнее предельное значение коэффициента неравномерности руслового стока.

Недостатков, характерных для формул предельной интенсивности, лишена операторная структура расчетной схемы максимального стока. В ней, благодаря использованию модуля склонового притока, удается учесть весь комплекс факторов склоновой трансформации водоподачи, а при помощи двух других функций – русловое распластывание и русло-пойменное регулирование. Операторная структура является весьма перспективной для нормирования расчетных характеристик паводочного и половодного стока.

Ключевые слова: максимальный сток, русловые изохроны, снегозапасы, русло-пойменное регулирование, весеннее половодье.

M. E. Romanchuk . The basing for the scientific-methodological base of normalization for the spring flood maximum flow parameters and its implementation exemplified with the data from the south of Ukraine. - Manyscript.

Thesis for a condidate’s degree by speciality 11.00.07 – hydrology of land, water resources, hedrochemistry. - The Odesa State Environmental University, Odesa, 2003.

The thesis is dedicated to the working out a scientific-methodological base for the spring flood maximum river flow parameters. The initial structure of the model for a flow generation is based on the theory of river-bed hydrochrones ( providing for surface confluent dynamics and river-bed-flood-lands control). Considering such a model resulted in some calculation structures, which are well-known in Hydrology – the ultimate intensity and the type of reduction. As regards the basic structure, being recommended for the normalization for the spring flood and flood resulted from rain maximum flow parameters, it belongs to the operator ones.

Maximum module of surface flow is taken as a reference value. It is transformed under the influence of river-bed seam formation and river-bed-flood-lands control. Various variants of the design-basis formulae have been applied to the data on the runoff of the south of Ukraine rivers.

Key-words: maximum flow, river-bed hydrochrones, snow supply ,river-bed-flood-lands control, spring flood.