научная статья по теме НЕЙРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА ПАВОДКОВ НА МАЛЫХ РЕКАХ АДЫГЕИ География

Текст научной статьи на тему «НЕЙРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА ПАВОДКОВ НА МАЛЫХ РЕКАХ АДЫГЕИ»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2007, № 6, с. 87-93

== РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

УДК 551.482

НЕЙРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА ПАВОДКОВ НА МАЛЫХ РЕКАХ АДЫГЕИ

© 2007 г. Т. П. Варшанина, Д. В. Митусов, О. А. Плисенко, И. В. Стародуб

Адыгейский государственный университет Поступила в редакцию 20.12.2005 г.

Разработана нейросетевая модель прогноза паводков на реках Адыгеи. В качестве индикатора ситуаций повышенного риска паводков использован региональный градиент температуры воздуха.

Введение. Реки Республики Адыгея характеризуются значительной паводковой опасностью вследствие больших уклонов бассейнов в горной части (что обеспечивает резкое нарастание уровня воды при обильных осадках) и малым временем добегания паводковой волны (от истока до устья от 12 до 48 ч). Редкая сеть пунктов метеорологических и гидрологических наблюдений в горной части республики, где происходит формирование большинства паводков в регионе, не позволяет использовать стандартные методики прогнозирования, применяемые Росгидрометом. В силу этого возникла необходимость в разработке подхода оперативного прогнозирования катастрофических паводков на основании метеорологических и гидрологических данных ситуаций, расположенных в равнинной предгорной части Адыгеи и соседних регионов.

Формирование паводков - сложный ландшафт-но-гидрологический процесс, включающий "стадию подготовки", когда в речном бассейне формируются условия для экстремально интенсивного стока (повышается влажность почв, формируется дополнительный влагозапас в виде снега и т.п.), и стадию экстремального стока, во время которой при соответствующих гидрометеорологических условиях происходит скачкообразное возрастание уровня воды в реке. Продолжительность периода формирования паводка и процессы, вызывающие его, зависят от сезона года и гидрометеорологической ситуации. На Северо-Западном Кавказе в теплое время года паводки наблюдаются, как правило, при прохождении атмосферных фронтов, сопровождающихся выпадением обильных и интенсивных осадков. В зимний период кроме выпадения жидких осадков в формировании паводков важную роль играет обильное сне-готаянье, возникающее при прохождении теплых фронтов. Паводки нередко связаны с прохождением циклонических серий. На процесс формирования паводка значительное влияние оказывает также сезонная ритмика ландшафтных компонентов бассейна: почв, растительного покрова и

т.д., определяющая динамику впитывания и скорость добегания.

Прогнозирование паводков возможно на "стадии подготовки" в результате мониторинга гидрометеорологических ситуаций, определяющих экстремальное увеличение стока в речном бассейне. Заблаговременность и оправдываемость прогноза зависят от того, насколько детально учтены паводкоформирующие характеристики бассейна (расстояния от водораздела до реки, преобладающие уклоны, характер почв, облесен-ность и т.д.), условия сезона года и от того, насколько точно интерпретирована гидрометеорологическая ситуация в бассейне. То, что в расчеты включается большое количество параметров, затрудняет оперативность и оправдываемость прогноза, а нередко делает его невозможным из-за неполноты исходных данных.

Решение проблемы прогноза уровня паводка на малых реках, слабо обеспеченных гидрометеорологической информацией - на пути выявления системы индикаторов паводкоопасных ситуаций и разработки на их основе технологий прогноза с применением нейросетевых моделей. Нейросете-вые технологии позволяют при условии не полноты изначальных данных закладывать оценку взаимозависимости целиком, без ее разложения на части, моделируемые традиционным путем. В этом случае при моделировании дается описание имеющегося знания, детали которого "дорабатываются" эвристически, при обучении сети на полученных опытным путем данных. Такой подход используется при отсутствии возможности в деталях описать сложные геопространственные явления.

Паводковый режим рек Адыгеи. Катастрофические паводки на реках Адыгеи случаются в среднем один раз в два года. Повторяемость паводков характеризуется многолетней изменчивостью, которая обусловлена долгопериодически-ми колебаниями гидротермического поля региона со средним периодом 20 лет [1].

Наряду с долгопериодическими колебаниями гидротермического поля региона выявлены и ко-роткопериодические колебания (3-5 лет): пятилетний цикл изменения температуры (возрастание в течение 3 лет, затем снижение в течение 2 лет); цикл изменения количества осадков с периодичностью 3-5 лет.

По времени проявления на реках Адыгеи различают паводки: зимне-весенние (декабрь-март) -28%; весенне-летние (апрель-июнь) - 39%; летние (июль-сентябрь) - 11% и осенние (октябрь-ноябрь) - 22%. В большинстве случаев паводковые ситуации характерны для горных рек - Дах, Киша и рек, истоки и верхнее течение которых расположены в горной части, среднее и нижнее течение на равнине: Белая, Курджипс, Лаба, Фарс, Пшиш, Псекупс, Афипс. На равнинных реках (Улька, Айрюм, Гиага), сток которых зарегулирован, паводки - явление крайне редкое и наблюдается только при авариях на дамбах.

Формирование паводков имеет сезонную приуроченность, связанную с ландшафтно-климати-ческими особенностями бассейнов. В западной части республики в низкогорных бассейнах преобладают зимние паводки, а на равнине (р. Псекупс, Пшиш, Афипс) - осенние и зимне-весенние. В этой части республики формирование паводков обусловлено выпадением обильных осадков в сочетании с интенсивным снеготаяньем в низкого-рьях, связанных с вторжением теплых влажных черноморских воздушных масс в холодный период года. На притоках р. Белая, истоки которых расположены в средне-высокогорных карстовых массивах (Курджипс, Дах) отмечаются летние паводки. При большой площади карстового массива и наличии карстовых полостей в бассейне реки паводки наблюдаются исключительно летом (Курджипс). Притоки Лабы, у которых около половины площади бассейна приходится на горные территории (Фарс, Ходзь), наиболее паводко-опасны в весенне-летний сезон, хотя на них случались паводки и в феврале при выпадении обильных дождей и интенсивном снеготаяньи. Реки со сложными по ландшафтной структуре и большими по площади бассейнами: Кубань, Белая и Лаба характеризуются паводками во все сезоны года, однако локализация, интенсивность и характер протекания паводков имеют связь с ландшафтно-климатическими особенностями их бассейнов.

На реках Северо-Западного Кавказа паводки наблюдаются при следующих типах метеорологических ситуаций:

1) обильные осадки на протяжении декады в течение 3-5 сут. с перерывами в 1-2 сут. при положительной температуре воздуха с максимумом в течение суток перед паводком. Ситуация наблюдается во все сезоны на всех паводкоопасных реках, отмечается в 76% случаев;

2) обильные осадки в течение суток перед паводком при положительной температуре воздуха. Ситуация характерна для всех рек, однако наиболее ярко проявляется к востоку от р. Пшиш. Наблюдается преимущественно в летний период;

3) обильные осадки на протяжении декады в течение 3-5 сут. с перерывами в 1-2 сут. Максимум осадков в течение суток перед паводком. Резкое изменение среднесуточной температуры воздуха (5° и более) в течение декады от 1 до 3 раз. Ситуация характерна для рек, берущих начало в низкогорьях к западу от р. Пшиш, однако иногда наблюдается в бассейнах Белой и Лабы. Формируется преимущественно в зимний сезон;

4) резкое похолодание за 3-5 дней перед паводком на равнине, обильные осадки в горах на фоне положительной температуры воздуха. Ситуация характерна для рек с истоком в низкогорьях и устьем в равнинной части. Наблюдается крайне редко, преимущественно в декабре и марте;

5) обильные осадки на протяжении 2-3 сут. перед паводком. Максимум осадков за 24-48 ч до паводка. После максимума выпадения осадки продолжаются на фоне положительной температуры воздуха. Ситуация наблюдается во все сезоны года. Паводки характеризуются высоким уровнем и значительной продолжительностью;

6) в течение декады перед паводками несколько дней с перерывами наблюдаются осадки средней интенсивности, прекращающиеся за 1-3 дня до паводка. Паводки с такими ситуациями наблюдаются на реках с большой площадью карста в бассейне (Курджипс, Дах) в весенне-летний период (май-июнь) после зим с большим количеством снега. Паводки характеризуются относительно небольшим подъемом уровня воды при значительной продолжительности (1-2 дня).

Граничные условия формирования паводков имеют пространственные и сезонные особенности (см. таблицу). В зимнее время одним из граничных условий являются отрицательные температуры ниже определенного предела по всей территории (отсутствует снеготаянье, поэтому выпадение осадков любой интенсивности не приводит к паводкам). Для летнего периода граничным условием служит температура воздуха выше определенного предела (не характерно выпадение интенсивных осадков). Границы сезонов могут изменяться в отдельные годы в зависимости от предшествующей гидрометеорологической ситуации. Так, в годы со снежной зимой и прохладной весной паводки с весенне-летним механизмом формирования возможны до середины июля, теплой осенью и малоснежной зимой отсутствуют паводки, развивающиеся по зимнему сценарию.

Формирование паводков в условиях горно-равнинной территории, расположенной на границе умеренно-континентального и морского субтро-

Условия формирования паводков на реках Адыгеи

Период, Гидрометеорологические Условия формирования Граничные Район

месяцы условия сезона паводков условия

XII- -III Максимум осадков ноябрь-декабрь, tcc < 0°С, снежный покров, ледовые явления на реках 1. Обильные жидкие осадки, интенсивное снеготаянье 2. Обильное снеготаяние при резком потеплении 3. Ледовые заторы на реках гсс < 0°С, Чг < 0.17100 км или >3.5°/100 км 1.3

IV- -VI tcc = +9 ... +20° равнине и в низко-горьях, интенсивное снеготаянье в горах, летний (май-июнь) максимум осадков. Влажность почв близка к годовому максимуму 1. Обильные жидкие осадки 2. Снеготаянье в средне- и высокогорьях гсс < 9°С или >20°С, Чг < 0.17100 км или >+2.0°/100 км 2.3

VII- -IX tcc = +15 ... +22° на равнине и в низ-к

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком