Файл: Бельчиков, В. А. Методические указания к построению математической модели формирования дождевых паводков и ее использованию для выпуска оперативных прогнозов расходов воды с помощью ЭВМ.pdf

Издано на основании решения Президиума НТС ГУШО при Совете Министров СССР

от 15 апреля 1974 г.

Приложение 1У.Программа расчета трансформации паводковых волн для участка реки с несколькими входами

и оптпмизапии параметров функций влияния . . . . 107

- 5 -

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Гидрометцентре СССР разработана методология построения математических моделей формирования стока и предложена модель

формирования дождевых паводков для небольших водосборов. Модель учитывает основные закономерности формирования стока и позволя­ ет с достаточной надежностью определять необходимые для расчета параметры применительно к конкретным водосборам. Апробация моде­ ли по нескольким водосборам, находящимся а различных физико-гео­

графических условиях, показала, что она позволяет с удовлетвори­

тельной точностью производить расчет гидрографа дождевого павод­ ка по осадкам. Создание в Гидроыетслужбе СССР сети вычислитель­ ных центров дает возможность широко внедрить эту модель в прак­ тику гидрологических прогнозов.

В связи с этим появилась необходимость в систематизации накопленного опыта но применению этой модели и создании пособия, .

которое помогало бы специалистам в правГической работе.

В данной работе содержатся методические указания по исполь­ зованию предложенной модели для разработки оперативной схемы краткосрочного прогноза дождевых паводков, а также необходимые для этого программы расчетов на ЭВМ.

В первых двух параграфах настоящих. Указаний содержатся краткое описание модели дождевых паводков, рекомендации по использованию этой модели в оперативных условиях, а также

§1. ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА НА ВОДОСБОРЕ

Основы методики построения математических моделей формирова­ ния стока и описание модели дождевых паводков содержатся в работах

/3 , 7, 8 , 9, 1 0 /. Модель включает описание следующих элементарных процессов: испарения, инфильтрации, поверхностного задержания,

поверхностного стока, внутрипочвеиного стока, трансформации.

Входными функциях'! модели являются интенсивность осадков,

дефицит влажности воздуха и скорость ветра, а выходной функцией ~

гидрограф стока в замыкающем створе.

Приведем основные расчетные соотношения модели.

Испарение. При предположении, что испарение с увлажненной однородной почвы равно испарению с водной поверхности, а распре­ деление относительных площадей с различными значениями макоималь-

ных влагоемкостей описывается экспоненциальной зависимостью, по­ лучено следующее соотношение для расчета интенсивности испарения:

ш

- 8 -

Инфильтрация. Интенсивность инфильтрации принимается пропорциональной дефициту влажности почвы.

расчет необходимо начинать с момента, когда почва имеет макси мальную влагоемкость, т .е . можно считать, что дефицит влаж­ ности почвы равен нулю (например,, после схода снега или после выпадения большого количества дождей).

Поверхностный сток. Поверхностный сток, с учетом действу ющей площади / 13 / , рассчитывается по соотношению

- 9 -

где р - параметр, учитывающий величину бессточной площади,

Ш - параметр, характеризующий изменение действующей площади водосбора в зависимости от сформированного слоя воды на водо­ сборе .

Внутрипочвенный сток. Предполагается, что величина внут-

рипочвенного стоке зависит главным образом от коэффициента

в замыкающем створе используется линейная модель трансформа­

Дли аппроксимации функции влияния испояьчовалось двух-

пар аметрическое гэммэ-рэспределение

(7)

§2. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МОДЕЛИ Й

Рассматриваемая модель является достаточно общей и может

быть применима к различным физико-географическим условиям.

Однако из-за большого разнообразия условий формирования сто­ ка для разных физико-географических зон процессы, существен­ ные для одного водосбора, часто оказываются несущественными для другого. Поэтому модель желательно упрощать, а в некото­ рых случвях вводить изменения в описание отдельных элементар­ ных процессов для разных физико-географических зон. Выбор оп­ тимальной модели требует индивидуального подхода к конкретный водосборам и должен опираться на результаты анализа физико-

географических особенностей рассматриваемого водосборе. Исходя

из этого анализа, необходимо в конечном итоге оставить те бло­

ки модели, которые оказывают наибольшее влияние не формирова­ ние стока.

Вцбор оптимальной модели во многом зависит от точности,

репрезентативности и объема исходной информации. Для реаль­ ных водосборов качество и количество информации меняется в широких пределах. Однако сказать, какие процессы для данного водосбора более существенны, часто возможно только после до­ полнительных исследований, связанных с постановкой трудоемких экспериментальных наблюдений в лабораторных и полевых условиях,