РІЧНИЙ СТІК РІЧОК КРИМСЬКОГО ПІВОСТРОВА

Краткое содержание

У вступі розкривається стан наукової проблеми, обгрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, формулюються мета та задачі дослідження, наводиться наукова новизна та  практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі надається скорочена фізико-географічна характеристика території Кримського півострова, де особлива увага приділяється умовам формування річного стоку у рівнинній (степовій) та гірській частинах Криму. Розглянуті питання особливостей кліматичних умов формування річного стоку, ролі факторів підстильної поверхні, серед яких найбільш впливовим є перерозподіл стоку за рахунок розвантаження чи живлення карстових вод на водозборах. Відзначено, що велика різноманітність природних умов формування стоку доповнюється факторами антропогенного впливу, а саме, створенням штучних водойм, перекидом стоку по каналах та тоннелях, зрошенням земель Рівнинного Криму дніпровськими водами, які надходять на територію по магістралі Північно-Кримського каналу. За гідрологічним районуванням на території Кримського півострова виділяються рівнинна область дуже низької водності та гірська область підвищеної водності. Рівнинний Крим недостатньо вивчений з гідрологічної точки зору. У Гірському Криму через складну взаємодію кліматичних факторів і факторів підстильної поверхні географічні узагальнення стоку дуже утруднені.

У другому розділі розглянуто просторово-часові особливості розподілу річного стоку Кримського півострова на базі даних спостережень із застосуванням методів первинного та багатовимірного статистичного аналізу. За допомогою критеріїв статистичної однорідності та відомостей про термін і масштаби водногосподарських перетворень виявлені ряди річного стоку з суттєво порушеним водногосподарською діяльністю режимом. У коливаннях більшості таких рядів виділяється добре виражений монотонний тренд.  З подальшого розгляду такі ряди вилучалися.

Проаналізовано циклічність коливань річного стоку та атмосферних опадів. Співставлення різніцевих інтегральних кривих річного стоку та опадів показало, що коливання водності річок відповідають коливанням опадів. Виділений розрахунковий період (з 1950 по 1980 рр.), який містить у собі однакове число маловодних та багатоводних років.

Вперше для території Кримського півострова за допомогою Q-модіфікації факторного аналізу здійснено районування території за синхронністю коливань річного стоку. При цьому використано 9 рядів річного стоку з періодом сумісних спостережень, що дорівнює 55 рокам (1934-1988рр.), та 23 ряди з періодом суміжних спостережень з 1965 по 1980 рр.  У обох випадках перші два фактори описують понад 80% загальної дисперсії вихідних даних й, відповідно, дозволяють отримати основну інформацію про фізичні особливості коливань річного стоку. Районування за - модифікацією факторного аналізу здійснено на підставі графічних побудувань, в яких використовуються результати представлення матриці кореляцій у вагових навантаженнях кожного ряду на виявлений гіпотетичний фактор. За результатами факторного аналізу виділені два угрупування, що утворюють два територіальних райони (Західний  та Східний) з синхронними коливаннями стоку. Лінія розмежування проходить через вододіл річок Кача – Салгір. Доцільність прийняття до розрахунків таких угрупувань підтверджується наступним: середній коефіцієнт кореляції  між річним стоком усіх розглянутих водозборів дорівнює 0,50, що вказує на синфазність коливань стоку, для Західного району  - , для Східного  -  . Результати районування були використані при приведенні коротких рядів до довгого періоду за методом аналогії.

 За отриманими результатами розрахунків статистичних параметрів річного стоку були розроблені залежності середньобагаторічних величин річного стоку від висоти місцевості. Виділено 5 видів залежностей середньобагаторічних величин річного стоку від середньої висоти водозборів. Залежність I включає водозбори, на яких відбувається інтенсивне розвантаження карстових вод, що формуються в районі Ай-Петрінських Яйл: рр. Чорна, Учан-Су, Гува, Улу-Узень, Байдарка. Залежність II також відноситься до водозборів, де розвантаження карстових вод переважає над втратами стоку в областях живлення карсту: рр.Манаготра і Біюк Узенбаш, при злитті яких утворюється р. Бельбек; верхів'я р. Альма; рр.Ангара і Краснопещерна (Кизіл-Коба), які утворюють р. Салгір, та р. Біюк-Карасу. Залежність III описує просторовий розподіл середньобагаторічних величин річного стоку по висоті на водозборі р. Кача, а також в середній і нижній течії річок Бельбек і Альма. Залежність IV, одержана за даними про річний стік річок південно-західних схилів Гірського Криму, практично зливається з II, що дозволяє віднести цю частину Гірського Криму до області розвантаження карсту. Середньобагаторічні величини річного стоку річок Салгір, нижче за злиття рр. Ангара і Краснопещерна, а також річки Бештерек, Бурульча, Зуя, Кучук – Карасу, Су – Індол та річки південно-східних схилів (на схід від р. Арпат) утворюють залежність V. Одержані закономірності розподілу стоку з висотою дозволяють уточнити районування, приведені в літературних джерелах, але не дозволяють диференціювати ступінь впливу карсту і водогосподарських перетворень на стік, оскільки в розрахунках використаний побутовий, тобто порушений господарською діяльністю стік річок.

Встановлені залежності зміни коефіцієнтів варіації річного стоку від середньобагаторічних величин річного стоку, які виступають у ролі інтегральної характеристики водності річок.  За видом цих залежностей виділені багатоводні закарстованні річки північно-західних і південно-західних схилів Гірського Криму  і більш маловодні річки північно-східних і південно-східних схилів із слабковираженним впливом карсту.

Навіть при довгих рядах спостережень оцінки окремих параметрів визначаються з великою помилкою, тобто є статистично незначущими. До числа таких параметрів відносяться, насамперед, коефіцієнти автокореляції  й асиметрії , а також розрахункове співвідношення  . Для підвищення надійності розрахунків оцінок цих статистичних параметрів рекомендується виконувати їх просторове узагальнення. За допомогою методу, запропонованого С.М. Крицким і М.Ф. Менкелем (1981), можна обґрунтувати характер цього узагальнення - картування чи районування. Суть методу зводиться до визначення складових загальної просторової дисперсії   будь - якого статистичного параметра   - географічної   і  випадкової. Коли виконується умова , приймається рішення про осереднення розглядуваного параметру у межах прийнятого територіального угрупування, тобто параметр, який розглядається, може бути осереднений у межах виділених районів. Якість об'єднання тим вища, чим менший внесок географічної складової у загальну просторову дисперсію параметру. Географічна складова є, власне кажучи, оцінкою статистичної неоднорідності вихідного матеріалу. Критерієм якості об'єднання є відносне середнє квадратичне відхилення статистичного параметру, яке має бути меншим за допустиме. Установлено, що відношення  може бути осередненим у межах всього Гірського Криму, оскільки при виділенні різних угрупувань випадкова складова повної дисперсії цього співвідношення дорівнює 100%. При районуванні коефіцієнта автокореляції виділено три райони - південні схили Кримських Гір, північно-західні схили та північно-східні. Найбільше значення осередненого коефіцієнту автокореляції відмічається на річках південних схилів - , найменьше – на річках північно-східних схилів , при цьому у обох випадках  . Для північно-західних схилів -  при . При виділенні у окремій підрайон 2а водозборів з наявністю інтенсивного розвантаження карстових вод, отримуємо, що для району 2а дорівнює 0,02 з , а район південних схилів може бути об’єднаний з районом північно-західних схилів.

Досліджено структуру часових рядів стоку методами автокореляційного та фрактального аналізу. Установлено, що більшість рядів річного стоку закарстованих водозборів характеризується наявністю дальніх внутрирядних зв’язків, які описуються  автокореляційною функцією , де  - крок у часі. Встановлений зв’язок  виду   між показниками ступеня , який характеризує залежність  , та фрактальними розмірностями . Фрактальні розмірності рядів річного стоку дорівнюють 0,7-0,9 для рядів з “дальніми” внутрішньорядними зв'язками і близькі до  для рядів річного стоку, де такі зв'язки відсутні. Висновки Хурста (Hurst, 1965) про існування деякого універсального масштабного  показника  в коливаннях річного стоку річок, який може бути принятим рівним , у принципі підтверджуються, однак для окремих річок  значення фрактальної розмірності можуть суттєво змінюватись, що в значній мірі обумовлено наявністю чи відсутністю внутрирядних кореляційних зв’язків.

У третьому розділі реалізується модель “клімат - стік” (Гопченко Є.Д., Лобода Н.С., 2001; Лобода Н.С., 2002) для умов Кримського півострова. Надається огляд існуючих підходів щодо оцінки природного стоку за балансовими рівняннями, в яких використовуються метеорологічні дані, та обгрунтовується  вибір базового методу для наступних розрахунків. Відмічається, що структура водного балансу ділянки суші тісно зв'язана з його тепловим балансом, тобто з надходженням і перетворенням підстильною поверхнею і діяльним шаром ґрунту тепла сонячної радіації. Ця обставина обумовила можливість розглядати задачу визначення елементів водного балансу разом із тепловим балансом земної поверхні. Найбільш докладно схема підходу до спільного вивчення рівнянь водного і теплового балансів представлена в роботах В.С. Мезенцева. Вирішення рівняння водного балансу досягається за допомогою використання апроксимуючих функцій кількісних характеристик водних і теплоенергетичних ресурсів, а також фізико-географічних умов формування сумарного стоку і випаровування. Сутність підходу В.С. Мезенцева (1969) до розгляду методу водно-теплового балансу полягає в тому, що він розділив прибуткову та видаткову складові теплового балансу підстильної поверхні. При цьому прибуткові величини рівняння теплового балансу розглядаються як граничні ресурси енергії, які забезпечують процес випаровування у визначених кліматичних умовах і називаються "теплоенергетичними ресурсами клімату" (В.С. Мезенцев, 1969). Теплоенергетичний еквівалент - це величина, що за своїм фізичним змістом близька до величини  - випаровуваності або максимально можливого випаровування, яка визначалася багатьма авторами як верхня межа випаровування але інтерпретувалася по-різному: "випар зі зволоженої поверхні" (М.І. Будико); "випар з водяної поверхні при тім же комплексі метеорологічних умов, що і над сушею" (Н.А. Багров), " випар для полів, покритих рослинністю, коли вологість ґрунту близька до найменшої польової вологоємності" (А.Р. Константинов). В.С. Мезенцеву вдалося надати однозначний зміст поняттю “випаровуванність”. Перевага запропонованого ним методу полягає в тому, що він дав чітке фізичне обґрунтування всім компонентам водно - теплового балансу.