Дідовець Юлій Сергійович Оцінка впливу зміни клімату на водний стік та паводковий режим річок України за допомогою еко-гідрологічної моделі SWIM

Краткое описание

Дідовець Юлій Сергійович, вчений Потсдамського ін­ституту вивчення змін клімату, Німеччина: «Оцінка впливу зміни клімату на водний стік та паводковий режим річок України за допомогою еко-гідрологічної моделі SWIM» (11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія). Спецрада К 26.001.22 у Київському національному універ­ситеті імені Тараса Шевченка МОН України

Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
ДІДОВЕЦЬ ЮЛІЙ СЕРГІЙОВИЧ
УДК 556.5: 551.58
ДИСЕРТАЦІЯ
ОЦІНКА ВПЛИВУ ЗМІНИ КЛІМАТУ НА ВОДНИЙ СТІК ТА
ПАВОДКОВИЙ РЕЖИМ РІЧОК УКРАЇНИ ЗА ДОПОМОГОЮ ЕКОГІДРОЛОГІЧНОЇ МОДЕЛІ SWIM
11.00.07 – гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук.
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання
ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне
джерело
___________________ Дідовець Ю.С.
Науковий керівник – Сніжко Сергій Іванович, доктор географічних наук,
професор
Київ – 2019

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ................................................................ 18
ВСТУП................................................................................................................ 20
РОЗДІЛ 1 ЗМІНА КЛІМАТУ ТА ЇЇ ВПЛИВ НА ВОДНІ РЕСУРСИ.............. 27
1.1. Зміна клімату як основний чинник майбутніх загроз для водних
ресурсів............................................................................................................... 27
1.2. Попередні дослідження впливу зміни клімату на водні ресурси у
світі та Україні.................................................................................................... 29
1.3. Висновки до розділу.................................................................................... 33
РОЗДІЛ 2 ПРИРОДНІ УМОВИ ТА ГОСПОДАРСЬКА ДІЯЛЬНІСТЬ
ЯК ГОЛОВНІ ЧИННИКИ ФОРМУВАННЯ ГІДРОЛОГІЧНОГО РЕЖИМУ 34
2.1. Характеристика басейну річки Тетерів...................................................... 35
2.2. Характеристика басейну річки Самара ...................................................... 39
2.3. Характеристика басейну річки Західний Буг............................................. 40
2.4. Характеристика басейну річки Тиса .......................................................... 42
2.5. Характеристика басейну річки Прут.......................................................... 45
РОЗДІЛ 3 МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ........................................................ 47
3.1. Гідрологічне моделювання об`єктів дослідження..................................... 47
3.1.1. Історія та розвиток еко-гідрологічної моделі SWIM...................... 47
3.1.2. Структура моделі SWIM .................................................................. 52
3.1.3. Необхідні вхідні дані для моделювання.......................................... 57
3.1.4. Підготовка вхідних даних моделювання......................................... 65
3.1.5. Калібрація та валідація моделі......................................................... 72
3.2. Кліматичні сценарії..................................................................................... 76
3.2.1. Сценарії з європейського проекту IMPRESSIONS......................... 77
3.2.2. Сценарії, створені за допомогою розширеного методу
даунскелінгу ............................................................................................... 80
3.3. Аналіз змін екстремальних значень та аналіз даних................................. 82
3.4. Висновки до розділу.................................................................................... 83
17
РОЗДІЛ 4 ОЦІНКА ВПЛИВУ ЗМІНИ КЛІМАТУ НА ВОДНІ РЕСУРСИ
В БАСЕЙНАХ ТЕТЕРЕВА, САМАРИ ТА ЗАХІДНОГО БУГУ ДО
КІНЦЯ СТОЛІТТЯ............................................................................................. 86
4.1. Порівняльний аналіз зміни основних кліматичних характеристик
залежно від сценаріїв викидів парникових газів для басейнів
Тетерева, Західного Бугу та Самари ................................................................. 86
4.2. Оцінка зміни водного стоку в межах досліджуваних басейнів до кінця ХХІ
століття ............................................................................................................... 91
4.2.1. Результати калібрації ....................................................................... 91
4.2.2. Прогноз зміни водного стоку в басейнах річок Тетерева,
Західного Бугу та Самари .......................................................................... 96
4.3. Висновки до розділу.................................................................................. 103
РОЗДІЛ 5 ОЦІНКА ВПЛИВУ ЗМІНИ КЛІМАТУ НА ПАВОДКИ В
БАСЕЙНАХ ПРУТУ ТА ТИСИ ДО КІНЦЯ СТОЛІТТЯ............................... 107
5.1. Порівняльний аналіз зміни основних кліматичних характеристик
залежно від сценаріїв викидів парникових газів для басейнів Пруту та
Тиси................................................................................................................... 107
5.2. Результати калібрації ................................................................................ 115
5.3. Прогноз змін паводків у басейнах річок Пруту та Тиси ......................... 118
5.4. Висновки до розділу.................................................................................. 126
ВИСНОВКИ ..................................................................................................... 130
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ......................................................... 133
ДОДАТКИ ........................................................................................................ 146

Список литературы

ВИСНОВКИ
1. Шляхом калібрування еко-гідрологічної моделі SWIM для
гідрологічних басейнів дослідження встановлено, що найбільш чутливими
параметрами моделі в досліджуваних гідрологічних басейнах були снігові
параметри, параметри евапотранспірації та параметри маршрутизації потоків.
2. Виконано гідрологічне моделювання щоденних значень водного
стоку басейнів річок Західного Бугу, Самари, Тетерева, Тиси та Пруту.
Точність відтворення річкового стоку за класифікацією Моріарсі відповідає
оцінкам «дуже добре», «добре» та «задовільно» в залежності від басейну.
3. Відібрано та підготовлено ряд наборів щоденних кліматичних
даних за багаторічний період , які базуються на різних МЗЦАО та РКМ з
використанням різних траєкторій концентрацій парникових газів для всіх
об’єктів дослідження. Для басейнів Західного Бугу, Самари та Тетерева було
підготовлено 7 кліматичних сценаріїв, для басейнів Пруту та Тиси – 8
кліматичних сценаріїв із часовими рядами до кінця століття.
4. Проаналізовано зміни середньорічної температури повітря для
всіх об'єктів дослідження до кінця століття. Встановлено, що середньорічна
температура повітря підвищується в усіх кліматичних сценаріях та моделях
для всіх річкових басейнів. Збільшення температури може досягати в
середньому 4.7°C в залежності від річкового басейну, РТК та груп кліматичних
сценаріїв. Сценарії на основі РТК 8.5 показують більш значне підвищення
температури порівняно зі сценаріями на основі РТК 4.5.
5. Встановлено, що зміни в опадах у порівнянні зі змінами
температури повітря не мають узгодженої тенденції змін та варіюються в
залежності від об'єктів дослідження та кліматичних моделей. Також відмічено,
що збільшення концентрації парникових газів в атмосфері не обов'язково веде
до підвищення опадів. Виконано аналіз внутрішньорічних змін опадів у
басейнах Тетерева, Західного Бугу та Самари. У басейнах Тетерева та
Західного Бугу відмічається підвищення опадів взимку (до 40%), але
131
зменшення в літній сезон (до 20% для деяких сценаріїв) для малого та
середнього рівня сценаріїв. У басейні Самари спостерігається певна
неузгодженість змін залежно від сценаріїв та часових періодів. Більшість
сценаріїв показують збільшення опадів з січня по квітень до 30% для високого
та середнього рівня сценаріїв.
6. Встановлено, що більшість сценаріїв показують збільшення опадів
95 та 98 процентилів у високогір'ї до кінця століття в басейнах Пруту та Тиси.
Внутрішньорічна динаміка свідчить про збільшення опадів для обох РТК для
всіх місяців, крім періоду з липня по жовтень. Сумарні річні опади для обох
басейнів до кінця століття мають незначні зміни, які не перевищують 5%,
окрім сценаріїв HadGEM2 для РТК 4.5 (збільшення на 10-18% для обох
басейнів) та для РТК 8.5 в басейні Тиси (до 15.6%).
7. Виконано моделювання середньодобового водного стоку для
басейнів Тетерева, Західного Бугу та Самари на основі 7 кліматичних сценаріїв
та для басейнів Пруту та Тиси на основі 8 кліматичних сценаріїв до кінця
століття.
8. Розрахунки змін середньорічних показників річкового стоку
показали його збільшення для усіх часових періодів та річкових басейнів лише
для сценаріїв високого рівня. Для інших груп сценаріїв відмічається різні
тенденції змін.
9. Визначено зміни в сезонній динаміці водного стоку, які
характеризується зсувом весняного водопілля на більш ранній період як
наслідок підвищення температури повітря взимку для всіх груп сценаріїв у
басейнах Тетерева, Західного Бугу та Самари. У літні місяці річковий стік не
зазнає значних змін для періоду з 2010 по 2041 рр., але для двох останніх
періодів очікується зменшення водного стоку до 17%.
10. Досліджено зміни максимальних витрат паводків за
тридцятирічний період до кінця століття в порівнянні з базовим періодом
(1981-2010 рр.) для басейнів Пруту та Тиси на основі 8 кліматичних сценаріїв
зі застосуванням різних методів регіоналізації кліматичних даних.
132
11. Установлено, що для сценаріїв РТК 4.5 відбувається збільшення
витрат води від 4.5% до 62% в басейні річки Тиси, та від 11% до 22% в басейні
річки Прут у більшості сценаріїв. На основі сценаріїв РТК 8.5 зміни для обох
басейнів мають протилежні тренди змін. Найбільший приріст максимальних
витрат паводків (більше ніж 40%) очікується за розрахунками на основі
сценарію HadGEM2-RCA4 в поєднанні з РТК 8.5 для обох досліджених
басейнів.
12. Виконано порівняння двох методів регіоналізації кліматичних
даних на основі двох глобальних моделей циркуляції атмосфери та океанів,
визначено, що GCMs-XDS сценарії показали набагато меншу похибку при
моделюванні температури до даних спостережень у гірських умовах.