Горбачова Людмила Олександрівна Гідролого-генетичний ана­ліз просторово-часових закономірностей водного стоку річок України: методологія, тенденції, прогноз

Краткое описание

Горбачова Людмила Олександрівна, завідувач відділу гідрологічних досліджень Українського гідрометеорологічно­го інституту ДСНС та НАН України: «Гідролого-генетичний ана­ліз просторово-часових закономірностей водного стоку річок України: методологія, тенденції, прогноз» (11.00.07 - гідро­логія суші, водні ресурси, гідрохімія). Спецрада Д 26.001.22 у Київському національному університеті імені Тараса Шев­ченка

Державна служба України з надзвичайних ситуацій
Національна академія наук України
Український гідрометеорологічний інститут
На правах рукопису
ГОРБАЧОВА ЛЮДМИЛА ОЛЕКСАНДРІВНА
УДК 556.16.012(477)
ГІДРОЛОГО-ГЕНЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ ПРОСТОРОВО-ЧАСОВИХ
ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ ВОДНОГО СТОКУ РІЧОК УКРАЇНИ:
МЕТОДОЛОГІЯ, ТЕНДЕНЦІЇ, ПРОГНОЗ
11.00.07 – гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія
Дисертація на здобуття наукового ступеня
доктора географічних наук
Науковий консультант:
Осадчий Володимир Іванович,
член-кореспондент НАН України,
доктор географічних наук
Київ-2017
2
ЗМІСТ
ВСТУП……………………………………………………………………….. 5
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН МЕТОДИЧНИХ ПІДХОДІВ ЩОДО
АНАЛІЗУ ПРОСТОРОВО-ЧАСОВИХ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ
ВОДНОГО СТОКУ РІЧОК ……………………………................................ 14
1.1 Основні завдання та методи………………………………...…… 14
1.2. Розвиток наукових підходів у світі та в Україні……………...… 22
1.3 Проекції та тенденції можливих майбутніх змін водного стоку
річок……………………………………………………………….. 48
РОЗДІЛ 2. МЕТОДОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ГІДРОЛОГО-ГЕНЕТИЧНОГО АНАЛІЗУ ПРОСТОРОВО-ЧАСОВИХ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ
ВОДНОГО СТОКУ РІЧОК УКРАЇНИ……….……………………………. 54
2.1 Місце та роль гідролого-генетичного аналізу серед сучасних
методів дослідження водного стоку річок……………………… 54
2.2 Оцінювання однорідності та стаціонарності часових рядів
спостережень.................................................................................... 61
2.3 Методичні аспекти дослідження внутрішньорічного розподілу
стоку води річок………………………………............................... 69
2.4 Аналіз просторово-часової мінливості водного стоку річок....... 72
2.5 Побудова карт просторового розподілу гідрологічних
характеристик з використанням ГІС-технологій……………….. 76
2.6 Концепція дослідження можливих майбутніх змін водного
стоку річок........................................................................................ 97
2.7 Вихідні матеріали………………………………………………… 99
РОЗДІЛ 3. РІЧНИЙ СТІК ВОДИ ТА ЙОГО БАГАТОРІЧНІ
ТЕНДЕНЦІЇ……………………...................................................................... 106
3.1 Кліматичні чинники формування річного стоку та оцінювання
їхньої багаторічної мінливості……………..……………………. 107
3
3.2 Просторово-часова мінливість середньорічного стоку води….. 120
3.3 Розрахункові характеристики та просторовий розподіл річного
стоку води.………………………………………………………… 128
3.4 Районування басейнів річок за умовами формування річного
стоку води на основі кривих Ендрюса...………............................ 138
РОЗДІЛ 4. СУЧАСНИЙ ВНУТРІШНЬОРІЧНИЙ РОЗПОДІЛ СТОКУ
ВОДИ РІЧОК УКРАЇНИ……………………………………………………. 146
4.1 Аналіз просторово-часової однорідності середньомісячних
витрат води……………………………………………………....... 146
4.2 Циклічні коливання як чинник внутрішньорічного
перерозподілу водного стоку річок………………........................ 152
4.3 Сучасні строки, тривалість періодів і сезонів
водогосподарського року………………………………………… 155
4.4 Районування водозборів річок України за типами
внутрішньорічного розподілу водного стоку………………....... 161
РОЗДІЛ 5. ОСОБЛИВОСТІ ТЕНДЕНЦІЙ МАКСИМАЛЬНОГО
СТОКУ ВОДИ РІЧОК УКРАЇНИ………….………………………………. 164
5.1 Умови формування максимального стоку води річок…………. 164
5.2 Багаторічні тенденції максимального стоку води весняного
водопілля та паводків змішаного походження……...………….. 167
5.3 Розрахункові характеристики максимального стоку води
весняного водопілля, паводків змішаного походження та їхній
просторовий розподіл…………...................................................... 177
5.4 Просторово-часові закономірності максимального стоку води
дощових паводків…………………………………………………. 183
РОЗДІЛ 6. ПРОСТОРОВА-ЧАСОВА МІНЛИВІСТЬ МІНІМАЛЬНОГО
СТОКУ РІЧОК УКРАЇНИ ………………………………………………….. 189
6.1 Умови формування мінімального стоку води річок……………. 189
6.2 Оцінювання багаторічних тенденцій мінімального стоку води.. 191
6.3 Циклічні коливання часових рядів мінімального стоку води….. 194
4
РОЗДІЛ 7. МОЖЛИВІ ЗМІНИ ВОДНОГО СТОКУ РІЧОК УКРАЇНИ
НА СЕРЕДИНУ ХХІ СТОЛІТТЯ….…………………………...................... 198
7.1. Адаптація модуля NAM моделі Rainfall-Runoff програмного
гідрологічного комплексу Mike 11 до річок, які розташовані в
різних фізико-географічних зонах................................................. 199
7.2 Статистична реалізація методу водного балансу для
репрезентативних річкових басейнів……………………………. 217
7.3 Проекції змін середньорічного стоку води на середину ХХІ
століття……………………………………………………………. 229
ВИСНОВКИ…………………………………………………………………. 256
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ……………………………………………………… 262
ДОДАТКИ…………………………………………………………………… 307
Додаток А Акти впровадження……………………………………………. 308
Додаток Б Відомості про відновлення та приведення до багаторічного
періоду рядів середньорічного стоку води річок України ……………….. 310
Додаток В Норма, коефіцієнти варіації та асиметрії середньорічного
стоку річок України…………………………………………………………. 326
Додаток Г Оцінювання точності побудови інтерполяційної поверхні
норм річного стоку води річок України……………..…………………….. 345
Додаток Ґ Оцінювання точності побудови інтерполяційної поверхні
коефіцієнтів варіації річного стоку води річок України.…………………. 350
Додаток Д Відомості про відновлення та приведення до багаторічного
періоду рядів максимального шару стоку води весняного водопілля
річок та паводків змішаного походження України……...………………… 355
Додаток Е Максимальний шар стоку води весняного водопілля та
паводків змішаного походження річок України різної забезпеченості….. 373
Додаток Є Кореляційні залежності між опадами, водним стоком та
випаровуванням в басейнах річок України………………………………... 395
5
ВСТУП
Актуальність теми. Зміни, що відбуваються у природному середовищі та
суспільній сфері, вочевидь, стосуються і водного режиму річок. Важливим,
зокрема, є питання водності, яка залежить як від клімату, так і людської
діяльності. Актуальність досліджень річкового стоку зумовлена тим, що Україна
належить до числа країн з порівняно невеликими водними ресурсами. У разі їх
зменшення під впливом кліматичних змін проблема водопостачання
господарської сфери може істотно загостритися. Ще одним аспектом, який
потребує згадки, є наявність на річках країни величезної кількості гідротехнічних
споруд, існування яких залежить від параметрів максимального стоку. Крім того,
останнім часом у країні істотно посилилася увага до гідроенергетики, що,
вочевидь, потребує виконання надійних розрахунків стокових характеристик.
Оскільки кліматичні характеристики, зокрема температура повітря, в
останні десятиліття змінилися, важливим питанням гідрологічної науки є вибір, а
можливо й уточнення розрахункових методів обробки наявних рядів
спостережень. У свою чергу, від цього залежать розрахункові параметри, зокрема,
витрата певної забезпеченості.
У гідрологічних дослідженнях у цілому використовують велику кількість
різноманітних методів, які дозволяють вивчати водний стік річок на базі сучасних
уявлень про механізми його формування. Разом з тим, актуальність
детерміністичного підходу щодо аналізу часових гідрологічних рядів
спостережень залишається і навряд чи колись буде втрачена. Про це свідчить,
зокрема, більш як 100-річна історія їх використання. Проте, належної уваги у
вітчизняній науковій літературі їм не приділено.
Детерміністичний підхід гідрологічного аналізу найчастіше виявляється у
застосуванні графічних методів, до яких належать графічні зображення
кореляційного зв’язку, частоти появи величини, гістограми, сумарні криві,
подвійні сумарні криві, інтегральні криві відхилень, хронологічні графіки тощо.
6
Загалом методичні рекомендації щодо застосування графічних методів у
гідрологічному аналізі розроблялись для кожного методу окремо для вирішення
певного завдання. Протягом останніх 30-40 років методичні дослідження щодо
застосування гідролого-генетичних методів перебували поза увагою дослідників і
тому вони потребують критичного осмислення та розробки нових підходів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за
змістом дисертаційної роботи були виконані згідно з планами науково-дослідних
робіт УкрГМІ Державної служби України з надзвичайних ситуацій та
Національної академії наук України за участі автора, як наукового керівника, так і
безпосереднього виконавця держбюджетних тем та міжнародних проектів:
«Створення баз даних для зберігання та відображення розрахункової
гідрологічної інформації з використанням геоінформаційних систем» (2006-
2008 рр., № д.р. 0106U007312); «Підготовка до видання серії монографій «Ресурси
поверхневих вод України» по басейнах головних річок України» (2009-2015 рр.,
№ д.р. 0109U004890); «Розроблення та впровадження багаторівневої системи
гідрометеорологічного прогнозування у басейнах річок Карпатського регіону на
основі чисельного моделювання, використання супутникових технологій та
багатофункціональних гідрологічних програмних комплексів» (2009-2012 рр.,
№ д.р. 0109U004256); «Модернізація систем прогнозування стоку під час повеней
і паводків у басейнах річок Карпатського регіону, Прип’яті, Десни та Дунаю»
(2012-2014 рр., № д.р. 0112U004678); «Розрахункові характеристики
максимального стоку води весняного водопілля річок України різних
ймовірностей перевищення» (2016-2018 рр., № д.р. 0116U000569); «Моніторинг
та прогнозування повеней в басейні р. Прип’ять» міжнародної програми НАТО
«Наука заради миру та безпеки» (2010-2011 рр., № 983516); «Зниження
вразливості щодо екстремальних повеней та змін клімату в басейні р. Дністер»
проекту Ініціативи ENVSEC (Environment and Security Initiative) під егідою
Організації по безпеці і співробітництву у Європі (ОБСЄ), Європейської
економічної комісії ООН (ЄЕК ООН) та ЮНЕП-ГРІД-Арендал (2010-2012 рр.);
«Проведення просторового аналізу змін водного режиму басейнів поверхневих
7
водних об’єктів на території України внаслідок зміни клімату» програми
Державного агентства екологічних інвестицій України «Державна підтримка
заходів, які спрямовані на зменшення об’ємів викидів (збільшення абсорбції)
парникових газів, у тому числі на утеплення приміщень соціального забезпечення,
розвитку міжнародного співробітництва з питань змін клімату» (2012-2013 рр., №
4 від 01.11.2012, № д.р. 0112U005846).
Мета й завдання дослідження. Метою роботи є встановлення закономірностей
просторово-часових коливань водного стоку річок України на основі гідрологогенетичного аналізу.
Відповідно до поставленої мети в роботі вирішувались наступні завдання:
– аналіз та узагальнення існуючих методів, підходів і визначення місця та
ролі гідролого-генетичного аналізу щодо дослідження просторово-часових
закономірностей водного стоку річок;
– обґрунтування методологічних основ гідролого-генетичного аналізу
водного стоку річок України;
– розроблення методики оцінювання однорідності і стаціонарності
гідрологічних рядів спостережень;
– опрацьовування методологічних основ дослідження внутрішньорічного
стоку води річок;
– розроблення методологічних підходів щодо побудови карт просторового
розподілу гідрологічних характеристик з використанням ГІС-технологій;
– створення методології дослідження можливих майбутніх змін водного
стоку річок з використанням даних регіональних кліматичних моделей;
– апробація методологічних розробок гідролого-генетичного аналізу
шляхом їхнього практичного застосування для дослідження просторово-часових
закономірностей водного стоку річок України.
Об’єктом дослідження є водний стік річок України.
Предметом дослідження є методологія гідролого-генетичного аналізу
просторово-часових закономірностей річкового стоку та її практичне
застосування.
8
Методи досліджень і вихідна інформація. Розроблена методологія
гідролого-генетичного аналізу водного стоку річок використовує і розвиває
методичні надбання відомих вчених щодо застосування сумарної кривої (mass
curve analysis), подвійної сумарної кривої (double mass analysis) та інтегральної
кривої відхилень (residual mass curve) (У. Ріппл, 1883; К. Садлер, 1927; С. Меріам,
1937; М. Кохлер, 1949; Л. Вайс і В. Вілсон, 1953; Ю. Серси і К. Хардісон, 1960;
К. Ехлерт, 1972, Андрєянов В.Г., 1959), а також аналізу часових гідрологічних
рядів спостережень (Кундцевіч і Робсон, 2000, 2004), дослідження
внутрішньорічного розподілу водного стоку річок (Швець Г.І., 1946;
Лівшиць Й.М., 1955; Воскресенський К.П., 1956; Андрєянов В.Г., 1957;
Железняк І.А., 1959, 1982; Вишневський В.І., 2001; Гребінь В.В., 2011), циклічних
коливань водного стоку річок (Кузін П.С., Бабкін В.І., 1979; Сінайська Т.М.,
Швейкін Ю.В., 1971; Лобода Н.С., 2005; Чорноморець Ю.О., 2007),
картографічного представлення та узагальнення просторового розподілу водного
стоку (Кочерін Д.І., 1927; Огієвський А.В., 1931; Соколовський Д.Л., 1934;
Мокляк В.І., 1947; Воскресенський К.П., 1962; Онуфриєнко Л.Г., 1966;
Бефані Н.Ф., 1990; Гопченко Є.Д., 2002, Лобода Н.С., 2005). Крім того, у роботі
використані такі методи як філософські, статистичні, ймовірнісні, порівняння,
узагальнення, синтезу, аналогії, ГІС-технологій тощо.
Вихідними матеріалами для дослідження слугували матеріали спостережень
за гідрологічним режимом річок, що містяться у різних опублікованих довідкових
матеріалах, підготовлених Центральною геофізичною обсерваторією (м. Київ):
«Основні гідрологічні характеристики» (ОГХ), «Щорічні дані про режим та
ресурси поверхневих вод суші», «Багаторічні дані про режим та ресурси
поверхневих вод суші». Основою для побудови карт просторового розподілу
гідрологічних характеристик з використанням ГІС-технологій є бази цифрових
географічних даних електронної карти України масштабом 1:200 000.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці методології
гідролого-генетичного аналізу річкового стоку та її практичній реалізації. Ця
методологія містить низку основних положень.
9
Вперше:
˗ виконано класифікацію існуючих методів, підходів, які застосовуються
в гідрологічних дослідженнях та визначено місце і роль серед них гідрологогенетичного аналізу;
˗ розроблено методологію гідролого-генетичного аналізу з метою її
прикладного застосування для дослідження і отримання більш обґрунтованих і
достовірних оцінок просторово-часових закономірностей водного стоку річок;
˗ здійснено прикладне застосування гідролого-генетичного аналізу для
отримання обґрунтованих і достовірних оцінок просторово-часових
закономірностей водного стоку річок;
˗ розроблено методику оцінювання однорідності та стаціонарності
гідрологічних рядів спостережень з погляду гідролого-генетичного аналізу;
˗ запропоновано методичні засади застосування кривих Ендрюса для
гідрологічного районування території України;
˗ розроблено методологічні підходи щодо побудови карт просторового
розподілу гідрологічних характеристик з використанням ГІС-технологій та
урахуванням особливостей гідрологічної інформації;
˗ розроблено методологію дослідження можливих майбутніх змін водного
стоку річок з використанням даних регіональних кліматичних моделей на основі
комплексного підходу, який включає використання кількох методів, верифікацією
моделей, ансамблевий підхід, для отримання достовірних результатів;
˗ виконано класифікацію та районування річкових басейнів на основі
кривих Ендрюса на прикладі середньорічного стоку води;
˗ показано, що залежно від фази водності довготривалих циклічних
коливань стоку води відбувається його внутрішньорічний перерозподіл,
змінюється перший місяць багатоводного сезону;
˗ за лінійними кореляційними зв’язками визначено типи співвідношень між
опадами, випаровуванням і водним стоком для водозборів річок України та
досліджено їхній просторовий розподіл.
10
Удосконалено:
˗ методологію дослідження внутрішньорічного стоку води річок шляхом
урахування циклічних коливань водного стоку.
Дістали подальший розвиток:
˗ знання щодо сучасних та можливих майбутніх тенденцій просторовочасових закономірностей водного стоку;
˗ уявлення щодо картографічного представлення та узагальнення
просторового розподілу гідрологічних характеристик, зокрема, річного стоку та
максимального стоку води весняного водопілля і паводків змішаного походження;
˗ знання щодо довготривалих циклічних коливань середньорічної
температури повітря, річних сум атмосферних опадів та водного стоку річок.
˗ розуміння щодо адаптації сучасних гідрологічних моделей типу «опадистік» із зосередженими параметрами у різних фізико-географічних зонах.
Практичне значення одержаних результатів полягає у науковому і
методичному обґрунтуванні та практичній реалізації гідролого-генетичного
аналізу просторово-часових закономірностей водного стоку річок. Методичні
надбання роботи, оцінки сучасних та можливих тенденцій просторово-часових
закономірностей водного стоку річок України, довідковий статистичний матеріал,
картографічне представлення розрахункових гідрологічних характеристик,
сучасні схеми внутрішньорічного розподілу тощо можуть бути використані у
гідротехнічному і водогосподарському проектування, при підготовці нового
національного нормативного документу щодо визначення розрахункових
гідрологічних характеристик, а також для поліпшення стратегії планування,
управління та охорони водних ресурсів.
Певні результати досліджень, а саме тематично-картографічні шари мережі
гідрологічних спостережень на річках України, вододіли річок різного порядку,
центри тяжіння водозборів впроваджено в Центральній геофізичній обсерваторії
Державної служби України з надзвичайних ситуацій, а також в Одеському
державному екологічному університеті Міністерства освіти і науки України на
кафедрі гідрології суші, які використовуються при підготовці курсів лекцій і
11
практичних занять зі спецкурсів «Гідрологічні прогнози», «Спецрозділи
гідрологічних розрахунків», «Сучасні математичні моделі в гідрологічних
розрахунках та прогнозах», «ГІС у гідрології».
Особистий внесок автора полягає у розробці, обґрунтуванні та практичній
реалізації гідролого-генетичного аналізу просторово-часових закономірностей
водного стоку річок. Збір первинної інформації для дослідження виконано
автором разом зі співробітниками відділу гідрологічних досліджень УкрГМІ.
Узагальнення та аналіз усіх матеріалів спостережень, побудова картографічного
матеріалу, статистичні розрахунки виконано автором самостійно.
Значну консультативну допомогу в дослідженнях надав автору науковий
консультант – д. геогр. н., член-кореспондент НАН України В.І. Осадчий. Крім
того, автор користувався консультаціями д. геогр. н., проф. В.В. Гребеня,
д. геогр. н., с. н. с. Н.М. Осадчої, д. геогр. н., проф. В.І. Вішневського, к. геогр. н.
Б.Ф. Христюка.
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати
досліджень було оприлюднено на наукових семінарах відділу гідрологічних
досліджень УкрГМІ, кафедрі гідрології та гідроекології географічного факультету
Київського національного університету імені Тараса Шевченка, на засіданнях
вченої ради УкрГМІ, міжнародних та всеукраїнських конференціях:
- Науково-практична конференція IV Міжнародного водного форуму
«AQUA-UKRAINE – 2006» (м. Київ, 19-21 вересня 2006 р.);
- Науково-практична конференція «Вода та Довкілля» V Міжнародного
водного форуму «AQUA-UKRAINE – 2007» (м. Київ, 9-12 жовтня 2007 р.);
- II Міжнародна науково-практична конференція «Навколишнє природне
середовище – 2007: актуальні проблеми екології та гідрометеорології; інтеграція
освіти та науки» (м. Одеса, 26-28 вересня 2007 р.);
- International workshop on status and perspectives of hydrology in small basins
(Goslar-Hahnenklee, Germany, 30 March - 2 April 2009);
- 13
th Biennial Conference ERB 2010 «Hydrological Responses of Small Basins
to a Changing Environment» (Seggau Castle, Austria, 5-8 September 2010);
12
- International Conference Global and Regional Climate Changes (Кyiv,
Ukraine, 16-19 November 2010);
- ІІІ, ІV, V Всеукраїнська наукова конференція «Гідрологія, гідрохімія і
гідроекологія» (м. Київ, 15-17 листопада 2006 р., м. Луганськ, 29 вересня –
2 жовтня 2009 р, м. Чернівці, 22-24 вересня 2011 р.);
- International Conference “Water resources and wetlands” (Tulcea, Romania,
14-16 September 2012);
- 5th International Scientific Conference on Water, Climate and Environement
BALWOIS 2012 (Ohrid, Macedonia, 28 May - 2 June 2012);
- Міжнародна наукова конференція студентів та молодих вчених
«Актуальні проблеми сучасної гідрометеорології» (м. Одеса, 17-19 жовтня
2012 р.);
- 14th Biennial Conference of the ERB 2012 «Studies of Hydrological Processes
in Research Basins: Current Challenges and Prospects» (St. Peterburg, Russia, 17-20
September 2012);
- Міжнародна наукова конференція з регіональних проблем
гідрометеорології та моніторингу навколишнього середовища (м. Казань,
Республіка Татарстан, Росія, 2-4 жовтня 2012 р.);
- EGU Leonardo 2012 «Hydrology and Sosiety» (Torino, Italy, 14-16
November 2012);
- VII Всеросійський гідрологічний з’їзд (Санкт-Петербург, Росія, 19-
21 листопада 2013 р.);
- 10th International Conference of Young Scientists on Energy Issues CYSENI
2013 (Kaunas, Lithuania, 29-31 May 2013);
- VI Всеукраїнська наукова конференція з міжнародною участю «Проблеми
гідрології, гідрохімії і гідроекології» (м. Дніпропетровськ, 20-22 травня 2014 р.);
- 15th Biennial Conference of the ERB 2014 «Advances in Hydrologic Research
on Pristine, Rural and Urban Small Basins» (Coimbra, Portugal, 9-13 September
2014 р.);
13
- XXIV, XXVI conference of the Danubian countries on hydrological
forecasting and hydrological bases of water management (Bled, Slovenia, 2-4 June
2008, Deggendorf, Germany, 22-24 September 2014);
- 16th Biennial Conference of the ERB 2016 «Hydrological behaviour in small
basins under changing conditions» (Bucharest, Romania, 5-8 September 2016);
- Науково-практичний семінар з нагоди Всесвітнього метеорологічного дня
та Всесвітнього дня води (м. Київ, 22-23 березня 2016 р.);
- Нарада-семінар фахівців та керівників структурних підрозділів
гідрометеорологічних організацій з питань здійснення гідрологічних
спостережень (м. Київ, 25-27 жовтня 2016 р.).
Публікації. Основні результати досліджень опубліковано в 61 науковій
праці, в тому числі: 21 статтю – у фахових виданнях, рекомендованих МОН
України, 4 статті – у закордонних фахових виданнях, 12 статей – в інших
виданнях, 23 тезах доповідей і матеріалах наукових конференцій, одному
навчальному посібнику.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, семи
розділів, висновків та списку використаних джерел (415 найменувань на 45 стор.),
додатків. Повний обсяг дисертації становить 399 сторінок, з яких 261 сторінка
основної частини, 71 рисунок, 21 таблиця, 8 додатків на 91 сторінці.

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі обґрунтовано методологію гідролого-генетичного
аналізу водного стоку і виконано її практичну реалізацію. Основні висновки
дисертаційної роботи полягають у наступному:
1. Виконано аналіз сучасних методів дослідження водного стоку річок, а
також їхню класифікацію. Усі методи було поділено на три основні групи, а саме:
за способом отримання вихідної інформації та знань, методи за приналежністю до
наукової дисципліни та комбіновані методи. Доведено, що гідролого-генетичні
методи належать до комбінованих методів дослідження.
2. Обґрунтовано та відпрацьовано методологічні засади комплексного
гідролого-генетичного аналізу водного стоку річок, який дозволяє отримувати
більш достовірні оцінки як сучасних, так і можливих змін річкового стоку, що
досягається застосуванням певних послідовно-обґрунтованих методик та
підходів. Отже, у роботі розроблено методику оцінювання однорідності та
стаціонарності рядів спостережень, методичні підходи щодо класифікації та
районування гідрологічних характеристик на основі кривих Ендрюса, побудови
карт просторового розподілу гідрологічних характеристик з використанням ГІСтехнологій, удосконалено методичні підходи щодо дослідження
внутрішньорічного розподілу стоку води річок, а також створено методологію
дослідження можливих майбутніх змін водного стоку річок з використанням
даних регіональних кліматичних моделей.
3. Встановлено, що просторово-часова мінливість річного стоку води річок
України добре узгоджується з коливаннями річних сум атмосферних опадів у
різних фізико-географічних зонах. Ряди спостережень середньорічного стоку води
річок є однорідними і стаціонарними, оскільки його багаторічні тенденції
вказують на наявність у рядах спостережень повних циклів коливань як
довгострокових, так і короткострокових. Короткі ряди спостережень є
257
квазістаціонарними, оскільки їхня тривалість є недостатньою для визначення фаз
водності – маловодної та багатоводної. Вигляд інтегральних кривих відхилень
середньорічної температури повітря на території України показує, що підвищення
температури повітря, яке особливо інтенсивно спостерігається з кінця ХХ
століття, є тільки однією з фаз довготривалих вікових циклічних коливань.
4. Визначено сучасні статистичні параметри річного стоку води річок
України. Просторовий розподіл норми стоку та коефіцієнтів варіації річного
стоку води річок виконано з застосуванням принципу неперекривання водозборів
річок у ГІС MapInfo Version 12 з використанням тріангуляційного методу, який
дозволяє позбутися суб’єктивних чинників і автоматично отримувати значення у
будь-який точці карти. Точність побудови інтерполяційних поверхонь норми
стоку та коефіцієнтів варіації річного стоку води річок України складає ± 5,34 і
± 4,06 % відповідно. Отримані карти норми стоку і коефіцієнтів варіації річного
стоку води річок загалом правильно відображають їхні зміни по території
України, а саме їхній просторовий розподіл підпорядковується фізикогеографічній зональності, яка порушується висотною поясністю та
індивідуальними особливостями водозборів річок. Отже, отримані карти можуть
бути рекомендовані для практичного застосування.
5. Реалізовано алгоритм класифікації річкових басейнів на основі кривих
Ендрюса для виявлення однорідних гідрологічних районів на прикладі річного
стоку води річок України, який вирізняється достовірністю та об’єктивністю.
Отримано 13 однорідних гідрологічних районів за умовами формування річного
стоку води, з яких 4 райони було поділено на підрайони. Виконано їх просторове
представлення за допомогою ГІС МарInfo. Сучасна мережа гідрологічних
спостережень України є недостатньою і недосконалою для узагальнення
просторових характеристик.
6. Встановлено, що ряди спостережень середньомісячних витрат води
річок України є однорідними та стаціонарними, крім річок, що перебувають під
значним антропогенним впливом. Середньомісячні витрати води річок України в
258
кожній фізико-географічній зоні характеризуються синхронними коливаннями.
Внаслідок довготривалих циклічних коливань середньорічного стоку води річок
відбувається внутрішньорічний перерозподіл стоку води. На рівнинних річках в
маловодну фазу водності по відношенню до багатоводної спостерігаються менші
витрати води за період весняного водопілля і більші витрати води за період
літньо-осінньої межені. На гірських річках багатоводна фаза відносно маловодної
характеризується меншими витратами води за період сніго-дощових паводків і
більшими – за період дощових паводків. Залежно від фази водності змінюється
перший місяць багатоводного сезону водогосподарського року.
7. За синхронними коливаннями середньомісячних витрат води річок
України отримано 10 основних схем внутрішньорічного розподілу стоку води на
основі аналізу даних за весь період спостережень з урахуванням циклічних
коливань. Визначено сучасні строки, тривалість періодів, сезонів
внутрішньорічного розподілу водного стоку річок України. Виконано
районування річкових водозборів України за сучасними типами
внутрішньорічного розподілу стоку води і з застосуванням ГІС MapInfo. Загалом
внутрішньорічний розподіл стоку води річок України підпорядковуються фізикогеографічній зональності, на яку впливають висотна поясність та індивідуальні
особливості водозборів річок.
8. Ряди спостережень максимальних витрат води весняного водопілля
рівнинних річок України можна віднести до квазіоднорідних та
квазістаціонарних, що пояснюється наявністю у рядах лише багатоводної і
маловодної фаз циклічних коливань, їхньою значною тривалістю, а також
істотною мінливістю максимального стоку води. Ряди спостережень
максимальних витрат води паводків змішаного походження гірських річок Карпат
та Криму є однорідними та стаціонарними, окрім рядів, які мають значний
антропогенний вплив. Просторово-часові коливання максимального стоку води
весняного водопілля та паводків змішаного походження річок України
характеризуються синхронністю та синфазністю.
259
9. Визначено сучасні статистичні параметри максимального стоку води
річок України та виконано просторовий розподіл середнього багаторічного шару
стоку води весняної повені та паводків змішаного походження, а також його
коефіцієнту варіації з застосуванням принципу неперекривання водозборів річок у
ГІС MapInfo. Однак, для річок Криму просторовий розподіл цих характеристик є
дещо умовним, оскільки витримати вимоги щодо картування гідрологічних
характеристик для цього регіону не є можливим. Отримані карти можуть бути
рекомендовані для практичного застосування.
10. Багаторічні тенденції максимальних витрат води дощових паводків
річок України характеризуються циклічними коливаннями, які мають невелику
тривалість (у середньому 20-30 років) порівняно з тривалістю циклічних коливань
максимальних витрат води весняної повені рівнинних річок України. Ряди
спостережень максимальних витрат води дощових паводків річок України є
однорідними та стаціонарними, оскільки їх довготривалі циклічні коливання
мають багатоводні та маловодні фази. Довготривалі циклічні коливання
максимальних витрат води дощових паводків є синхронними та синфазними, крім
річок басейну Сіверського Дінця, Приазов’я та Криму.
11. Ряди спостережень мінімальних середніх 30-ти добових витрат води
річок України можна віднести до квазіоднорідних та квазістаціонарних, що
пояснюється наявністю в рядах тільки маловодної та багатоводної фаз циклічних
коливань, їхньою значною тривалістю. У кожній фізико-географічній зоні як в
зимову, так і в літньо-осінню межень на більшості гідрологічних постів
мінімальний стік води річок є синхронним і в переважній більшості – синфазним,
що свідчить про однорідність кліматичних умов їхнього формування. Циклічні
коливання мінімального стоку води за літньо-осінню та зимову межень є
протифазними до циклічних коливань максимального стоку води весняного
водопілля рівнинних річок. Для річок Карпат з нестійким льодоставом мінімальні
середні 30-ти добові витрати води мають різноманітні циклічні коливання, які є
асинхронними та асинфазними, що можна пояснити особливостями підстильної
260
поверхні водозборів. Циклічні коливання мінімальних середніх 30-ти добових
витрат води гірських річок Криму з нестійким льодоставом у переважній
більшості характеризуються асинхронністю та синфазністю.
12. Кореляційні зв’язки між річними опадами, водним стоком і
випаровуванням в річкових басейнах у різних фізико-географічних зонах за
період 1961-2010 рр. мають відмінні типи співвідношень. Чітка залежність від
опадів як водного стоку, так і випаровування простежується в басейнах річок
Західного Бугу, гірських річках та верхніх лівобережних притоках річки Дністер,
Сірет, півночі Полісся та на гірських річках Криму. Пряма залежність водного
стоку від опадів при помірної та слабкої залежності випаровування від опадів
характерна для річок басейну Тиси та Пруту. Для всіх інших басейнів
спостерігається дуже тісна залежність випаровування від опадів за помірної та
слабкої залежності водного стоку від опадів. Зв’язок опадів з водним стоком
зменшується по мірі просування на південь. Виконано районування території
України за основними типами співвідношень між елементами водного балансу за
багаторічний період з застосуванням ГІС MapInfo. Уточнення та визначення меж
деяких підрайонів можливо в майбутньому при реконструкції
гідрометеорологічних спостережень.
13. Показано, що виходячи зі структури модуля NAM RR Mіkе 11 (модель
із зосередженими параметрами), а також відмінними співвідношеннями між
опадами, водним стоком і випаровуванням у різних природно кліматичних зонах
на території України калібрування модуля NAM RR Mіkе 11 можна виконати
тільки для водозборів річок, які мають достатньо чіткі залежності від опадів як
водного стоку, так і випаровування. Для всіх інших річок потрібно застосовувати
гідрологічні моделі іншого класу. Для гірських річок Криму калібрування NAM
не вдалося виконати як через значне антропогенне навантаження, так і значну
закарстованість їхніх басейнів.
14. Уперше застосовано комплексний підхід (одночасне застосування
декількох методів, ретельна адаптація, верифікація моделей, ансамблевий підхід)
261
для отримання більш достовірних перспективних оцінок водного стоку річок
України. Проекції середньорічного стоку води річок України на середину ХХІ
століття відносно базового періоду 1991-2010 рр., які отримано за даними РКМ
для сценарію розвитку суспільства А1В показують, що найвірогідніше очікувані
зміни середньорічного стоку будуть знаходитися в межах природних коливань
водності.