УДК 556.025
Методические основы преобразования речной гидрологической сети в новых экономических
условиях
О, Б. Воскресенский*, Н. В. Явойекая*
Излагаются задачи государственной гидрологической сети в новых административно-территориальных и социально-экономических условиях и предложения по преобразованию структуры и функционирования системы гидрологических наблюдений на реках. Дается научно-методическое обоснование минимизации численности основной и дополнительной сетей, приводятся критерии для определения на реках разных размеров минимально необходимого числа пунктов изучения режима стока, большая часть которых должна выполнять также оперативные функции.
Предпосылки для реорганизации сети
Переход России к рыночной экономике, появление самостоятельных субъектов Федерации, новых социальных, демографических, коммуникационных и других условий, изменение статуса гидрометеорологической службы, возложение на нее задач по организации мониторинга поверхностных вод суши и изменение условий финансирования гидрологической сети (ГС) привели к необходимости реорганизации системы гидрологических наблюдений, создания научно-методических основ минимизации ее состава и оптимизации функционирования. Действующая в настоящее время ГС создавалась в соответствии с проектом ее развития и оптимизации (1975 г.), базирующимся на обобщениях и разработках И. Ф. Карасева [4]. Дальнейшие направления ее развития были предложены в работе [10]. Это расширение хозяйственной самостоятельности сетевых подразделений, создание взаимосвязанных технических средств, программ и методик, техническое переоснащение и некоторые другие. Однако трудности экономической перестройки страны замедлили осуществление намеченных планов. И. Ф. Карасевым высказаны соображения о необходимости дополнить наблюдения на гидрологических постах специальным комплексом наблюдений на водосборах и по длине малых рек с целью изучения русловых балансов основных гидрологических элементов.
В 1991 г. О. Б. Воскресенским была изложена стратегия развития речной ГС России на современном этапе, а в последующие годы разработана при участии Н. В. Явойской методика расчета минимально необходимой численности ее состава. Реорганизация ГС должна основываться на следующих принципах: сеть гидрометслужбы делится на основную, финансиру-
* Государственный гидрологический институт.
емую из федерального бюджета, и дополнительную, финансируемую из региональных бюджетов; в разряд оперативно-производственных организаций переводятся областные центры по гидрометеорологии, некоторые гидрологические станции и обсерватории; удаленные гидрологические посты, оснащенные автоматической аппаратурой, могут действовать без постоянного наблюдателя; программы наблюдений на гидрологических постах дифференцированные; полные и сокращенные на постах без постоянного наблюдателя; воссоздается единая сеть наблюдений за количеством и качеством поверхностных вод; основная сеть является многофункциональной, обеспечивающей получение эталонных значений естественных гидрологических характеристик, фоновый мониторинг поверхностных вод, информацию для службы гидрологических прогнозов и предупреждения о половодьях и паводках в масштабе крупных речных бассейнов; расчет водных ресурсов в границах субъектов федерации и трансграничного переноса воды, наносов и загрязняющих веществ через эти границы; строительное проектирование и водохозяйственное планирование. Первые два положения осуществлены.
Основная сеть предназначена для решения хозяйственных и научных задач в масштабе всей страны и крупных регионов без детализации. Дополнительная сеть предназначена для детальной оценки гидрологических процессов и обслуживания информацией местных потребителей.
Разделение сети поставило задачу объективно обоснованного определения численности гидрологических постов каждой из ее частей и, в первую очередь основной, которая, как и дополнительная, должна быть минимальной. Методика, заложенная в проект ГС в 1975 г., устанавливала оптимальное число постов на зональных реках N3, при котором погрешность пространственной интерполяции годового стока о не должна превышать 5—10%. Основная сеть является лишь частью оптимальной, в связи с чем должна допускать большую погрешность интерполяции. Какую именно — однозначного ответа на этот вопрос методика И. Ф. Карасева, использующая "оптимальную зону варьирования" N3, не дает [5]. Причиной этого являются имеющиеся, с нашей точки зрения, недостатки методики. Это чрезвычайно большой диапазон изменения N3 в пределах оптимальной зоны (например, для одного из регионов от 6 до 192 постов); совпадение в пределах оптимальной зоны средних о и N3 с одним из оптимальных граничных значений (например, N3 = N3 m¡„ = 3, a N3 тах = 200; здесь N3, N-, min и N3 max — соответственно среднее, наименьшее и наибольшее число гидрологических постов); существенное различие N3, получаемое по разным критериям при одной и той же о, неопределенность границ оптимальной зоны, сложность их установления. Между тем, гидрологические посты на зональных реках являются базисом основной сети, осуществляющим фоновое освещение зональных гидрологических процессов. В связи с этим надежное определение численности постов на указанных реках имеет первостепенное значение.
Нами предлагается устанавливать N3, задаваясь первоначально приемлемыми для практики значениями тесноты связи (коэффициентами корреляции г) стока между гидрологическими постами, определяя с их помощью по пространственным корреляционным функциям (ПКФ) стока 94
средние расстояния 13 между постами (центрами водосборов) и вычисляя погрешности пространственной интерполяции стока а. В результате получаем простую и ясную взаимосвязанность трех характеристик: г, jV3 и о.
Основная гидрологическая сеть
Практически все посты речной гидрологической сети Росгидромета обеспечивают проведение наблюдений за водным режимом рек и поэтому изначально могут рассматриваться при планировании сети как режимные. Но большинство постов выполняет одновременно информационные функции, т. е. являются режимно-информационными. Число таких постов, например, в 1986 г, при наиболее развитой и не разделенной на основную и дополнительную сети составляло на европейской территории РФ 76%, на азиатской — 59%, в 2000 г. при ГС, разделенной на основную и дополнительную и сокращенной в 1,45 раза, — соответственно 69 и 67%. Число гидрологических постов, наблюдения которых использовалось только в оперативных целях, составляло в 1986 г. лишь 0,5%. Таким образом, режимными фактически является меньшая часть постов. Существенное превышение общего числа гидрологических постов, проводящих наблюдения за водным режимом рек, над числом постов, входящих в информационную сеть, ставит на первое место при планировании структуры основной ГС задачу расчета численности постов, изначально рассматриваемых как режимные. В дальнейшем будем называть условно эти посты режимными или постами режимной части основной (или дополнительной) сети.
Предлагаемый подход к определению минимально необходимой чис-■ ленности режимных и намечаемых из них режимно-информационных гидрологических постов основной ГС базируется на ряде важнейших принципов, рассмотренных в работах разных авторов: на гидрологическом районировании территории, делении рек по размерам, получении ПКФ годового стока [1, 4, 7]. Новыми главными положениями являются:
а) для равнинных районов:
— проведение пространственной дифференциации ПКФ средних годовых расходов воды [гг(/)];
— получение и включение в схему расчета ПКФ максимальных расходов воды [г mais (01;
— использование критериев достаточности тесноты связей годового стока между соседними гидрологическими постами на зональных реках, а также между ближайшими друг к другу постами на типичных азональных реках;
б) для горных районов — определение N3, исходя из критерия минимальной достаточности гидрологических постов для установления, уточнения или контроля каждой районной зависимости нормы стока от средней высоты водосбора Я.
Первое положение означает, что ПКФ, установленные ранее для больших территорий (площадью в сотни тысяч и миллионы квадратных километров), могут быть дифференцированы для менее крупных, но более однородных районов (в десятки и сотни тысяч квадратных километров).
Второе положение предусматривает использование ПКФ rmax ,(/) для оценки надежности интерполяции максимальных расходов воды gmax зо-
нальиых рек при ¡Vr3, установленном с ориентацией на надежную интерполяцию средних годовых расходов воды Qv.
В соответствии с третьим положением для определения N3 вместо допустимой погрешности интерполяции первоначально используются критерии достаточности тесноты связей стока между гидрологическими постами. В качестве критерия принимается конкретное, одинаковое для большинства освоенных районов значение коэффициента корреляции годового стока, равное для зональных рек (гг 3) 0,80, для типичных азональных рек (гг та) 0,70. Для труднодоступных и малонаселенных территорий значения г уменьшаются соответственно до 0,75—0,70 и 0,65—0,60. В ненаселенных районах, где в перспективе может организовываться, исходя из практической целесообразности, только сеть реперных гидрологических постов, гг3 будут существенно меньше 0,70, а а больше.
Принятие вышеперечисленных значений г мотивируется следующими соображениями. Связи гидрологических элементов при г > 0,80 считаются достаточно надежными. Принятием нижнего предела надежности (г = 0,80) в качестве расчетного преследуется цель оценить максимально допустимое / между гидрологическими постами, гарантирующее достоверность интерполяции. Уменьшение г до 0,70, т. е. до значения, приемлемого в определенных условиях, увеличивает I и соответственно а, однако позволяет вести работы при ограниченном финансировании.
Для выполнения четвертого положения в каждом горном районе следует иметь 3—6 гидрологических поста в зависимости от амплитуды Н и степени кривизны связи годового стока с Я. В дополнение к данным этих постов могут быть получены модули стока, вычисляемые как частные от деления разносте
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.