Расчет характеристик катастрофических паводков неизученной реки Цемес (г. Новороссийск, Черноморское побережье России) на основе гидрологической модели «Гидрограф»
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2019.102Аннотация
В статье рассматриваются примеры расчета гидрологических характеристик катастрофических паводков на неизученных реках Черноморского побережья России. Как альтернатива стандартным методам расчета предложен метод детерминированного моделирования гидрологических процессов. Для оценки максимальных расходов воды неизученной р. Цемес (г. Новороссийск) применена распределенная гидрологическая модель«Гидрограф». Проведено непрерывное моделирование стока на водосборе р. Цемес за период с 1977-2013 гг. с суточным разрешением, при этом использовался набор параметров модели, верифицированных на изученных водосборах. На основе детальных данных плювиограмм ливневых осадков на метеорологических станциях рассчитаны 1-часовые максимальные расходы воды трех катастрофических паводков на р. Цемес в 1988, 2002 и 2012 гг. и проведено их сравнение с характеристиками максимальных расходов воды, полученных на основе расчетов по стандартной методике СП-33-101-2003. Максимальный смоделированный расход воды паводка 2012 г. составил 361 м3/с и соответствует порядку значений максимального расхода воды 1 %-ной обеспеченности, рассчитанного по СП-33-101-2003. Однако максимальный расход воды, смоделированный на 20 июня 1988 г., составил 688 м3/с, что в 2 раза выше расхода воды 1 %-ной обеспеченности, полученного по методу предельной интенсивности. Анализ результатов моделирования показал, что максимальный расход воды зависит от состояния водосбора в момент выпадения осадков, а это в явном виде нельзя учесть при расчетах с применением вероятностных методов. Рассматривается возможность использования математического моделирования как основы метода расчета вероятного максимального паводка, позволяющего учитывать сочетание самых неблагоприятных метеорологических и стокоформирующих факторов. В качестве перспектив дальнейшего развития методов расчета и прогноза стока отмечается важность разработки методов, основанных на комплексном использовании мезомасштабных атмосферных моделей и детерминированных гидрологических моделей. Разрабатываемые методы оценки характеристик повторяемости и высоты катастрофических паводков можно использовать для решения инженерно-технических задач в условиях изменения климата.
Ключевые слова:
детерминированная гидрологическая модель Гидрограф, срочный максимальный расход воды, водосборы рек Черноморского побережья, река Цемес, оценка параметров, катастрофические паводки, ливневые осадки
Скачивания
Данные скачивания пока недоступны.
Библиографические ссылки
Литература
Алексеева, А. А., 2014. Подходы к решению проблемы прогнозирования сильных летних осадков. Труды гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации 351, 64–84.
Асарин, А. Е., Жиркевич, А. Н., 2012. О необходимости разработки методики расчета вероятного максимального паводка для инженерно-гидрологических расчетов в России. Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление 4, 53–64.
Барабанов, В. С., Ефимов, В. В., Шокуров, М. В., 2003. Об использовании мезомасштабной модели для расчета полей приводного ветра и осадков над Черным морем. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря 2(7), 177–189.
Белякова, П. А., Гарцман Б. И., 2017. О перспективах прогнозирования паводков на реках западного Кавказа с использованием воднобалансовой модели FCM, в: Экологические последствия чрезвычайных ситуаций: актуальные проблемы и пути их решения. Материалы XXII Международной научно-практическая конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, 53–57.
Болгов, М. В., Коробкина, Е. А., 2013. Реконструкция дождевого паводка на реке Адагум на основе математических моделей формирования стока. Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление 3, 87–102.
Быков, А. В., Калинин, Н. А., Шихов, А. Н., 2017. Прогноз опасных и неблагоприятных явлений погоды на среднем Урале с применением мезомасштабной модели WRF. Современные проблемы географии и геологии к 100-летию открытия естественного отделения в Томском государственном университете: материалы IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, 223-226.
Виноградов, Ю. Б., 1988. Математическое моделирование процессов формирования стока (опыт критического анализа). Гидрометеоиздат, Ленинград.
Виноградов, Ю. Б., Виноградова, Т. А., 2010. Математическое моделирование в гидрологии. Академия, Москва.
Воробьев, Ю. Л., Акимов, В. А., Соколов, Ю. И., 2003. Катастрофические наводнения начала XXI века: уроки и выводы. ДЭКС-Пресс, Москва.
Георгиевский, В. Ю., Ткаченко Ю. Ю., 2012. Катастрофический паводок в бассейне р. Адагум 6–7 июля 2012 г. и его причины. URL: http://meteoweb.ru/biblio/27.pdf (дата обращения: 20.01.2019).
Колтерманн, К. П., Добролюбов, С. А., Алексеевский, Н. И., 2012. Природные и социальные риски в береговой зоне Черного и Азовского морей. Триумф, Москва.
Ландшафтная карта СССР. Масштаб 1 : 2 500 000 (в 1 см 25 км), 1980 / Гудилин, И. С. (под ред.). Гидроспецгеология, Москва.
Лично приеду в районы Сочи, пострадавшие от паводка, 2015. URL: http://www.obeschania.ru/documents/promises/sochi-pavodok (дата обращения: 20.01.2019).
Макарьева, О. М., 2018. Комплексная программа распределенной гидрологической модели «Гидрограф», в: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018619084. Роспатент, Москва.
Макарьева, О. М., Бельдиман, И. Н., Лебедева, Л. С., Виноградова, Т. А., Нестерова, Н. В., 2017. К вопросу об обоснованности рекомендации СП 33-101-2003 для расчетов характеристик максимального стока малых рек в зоне распространения многолетней мерзлоты. Инженерные изыскания 6–7, 50–63.
Макарьева, О. М., Виноградова, Т. А., Нестерова, Н. В., Виноградов, А. Ю., Бельдиман, И. Н., Колупаева, А. Д., 2018. Моделирование катастрофических паводков в бассейне р. Туапсе. Геориск 12(3), 78–89.
Метеорологический ежемесячник. I–XIII, 1964–1983, 13. Гидрометеоиздат. Ростов-на-Дону.
Наводнения в Краснодарском крае с 2010 года: хронология, 2015. URL: https://tass.ru/info/2071994 (дата обращения: 20.01.2019).
Нестерова, Н. В., Макарьева, О. М., Виноградова, Т. А., Лебедева, Л. С., 2018. Моделирование процессов формирования стока зоны Байкало-Амурской магистрали на основе данных полигона «Могот». Водное хозяйство России 1, 18–36.
Панов, В. Д., Базелюк, А. А., Лурье, П. М., 2012. Реки Черноморского побережья Кавказа: гидрография и режим стока. Донской издательский дом, Ростов-на-Дону.
Перегретое море, 2015. URL: http://www.geo.ru/ekologiya/peregretoe-more (дата обращения: 26.07.2018).
Рождественский, А. В., Лобанова, А. Г., 2010. Приложения к пособию по определению расчетных гидрологических характеристик. Государственный гидрологический институт, Санкт-Петербург
СП 33-101-2003, 2004. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. Госстрой России, Москва.
Справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные 13, 1966. Гидрометеоиздат, Ленинград
Шокуров, М. В., 2012. Численное моделирование катастрофических погодных явлений в Черноморском регионе. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа 2(26), 301–320.
Lebedeva, L. S., Semenova, O. M., Vinogradova, T. A., Kruchin, M. N., Volkova, N. V., 2015. Proceedings of IAHS 370, 161–165. URL: https://doi.org/10.5194/piahs-370-161-2015
Moriasi, D. N., Arnold, J. G., Van Liew, M. W., Bingner, R. L., Harmel, R. D., Veith, T. L., 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. ASABE 50(3), 885–900. URL: https://doi.org/10.13031/2013.23153
Meredith, E. P., Semenov, V. A., Maraun, D., Park, W., Chernokulsky A. V., 2015. Crucial role of Black Sea warming in amplifying the 2012 Krymsk precipitation extreme. Nature Geosceince 8, 615–620. URL: https://doi.org/10.1038/NGEO2483
Nash, J. E., Sutcliffe, J. V., 1970. River flow forecasting through conceptual models: A discussion of principles. Journal of Hydrology 10(3), 282–290.
The Euromediterranean Network of Experimental and Representative Basins (ERB). URL: http://erb-network.simdif.com/ (date accessed: 28.09.2018)/
References
Alekseeva, A. A., 2014. Podkhody k resheniiu problemy prognozirovaniia sil’nykh letnikh osadkov [Approaches to solving the problem of forecasting strong summer precipitation]. Gidrometeorologicheskii nauchno-issledovatel’skii tsentr Rossiiskoi Federatsii [The proceedings of the hydrometeorological scientific center of the Russian Federation] 351, 64–84. (In Russian)
Asarin, A. E., Zhirkevich, A. N., 2012. O neobkhodimosti razrabotki metodiki rascheta veroiatnogo maksimal’nogo pavodka (PMF) dlia inzhenerno-gidrologicheskikh raschetov v Rossii [On the need to develop a method of calculating the probable maximum flood for engineering and hydrological calculations in Russia]. Vodnoe khoziaistvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravlenie [Water industry of Russia: problems, technologies, management] 4, 53–64. (In Russian)
Barabanov, V. S., Efimov, V. V., Shokurov, M. V., 2003. Ob ispol’zovanii mezomasshtabnoi modeli dlia rascheta polei privodnogo vetra i osadkov nad Chernym morem [On the use of a mesoscale model for the calculation of driving wind and precipitation fields over the Black sea]. Ekologicheskaia bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa [Environmental safety of the coastal and shelf zones of the sea] 2(7), 177–189. (In Russian)
Belyakova, P. A., Gartsman, B. I., 2017. O perspektivakh prognozirovaniia pavodkov na rekakh zapadnogo Kavkaza s ispol’zovaniem modeli vodnogo balansa FCM [On the prospects of flood forecasting on the rivers of the Western Caucasus using the FCM water balance model]. XXII Mezhdunarodnaia nauchno-prakticheskaia konferentsiia po problemam zashchity naseleniia i territorii ot chrezvychainykh situatsii: “Ekologicheskie posledstviia chrezvychainykh situatsii: aktual’nye problemy i puti resheniia” [Ecological consequences of emergency situations: actual problems and ways of their solution. Proceedings of the XXII International scientific-practical conference on the protection of population and territories from emergency situations], 53–57. (In Russian)
Bolgov, M. V., Korobkina, E. A., 2013. Rekonstruktsiia dozhdevogo pavodka na reke Adagum na osnove matematicheskikh modelei formirovaniia stoka [Reconstruction of the rain flood on the Adagum river based on mathematical models of flow formation]. Vodnoe khoziaistvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravlenie [Water economy of Russia: problems, technologies, management] 3, 87–102. (In Russian)
Bykov, A. V., Kalinin, N. A., Shikhov, A. N., 2017. Prognoz opasnykh i neblagopriiatnykh iavlenii pogody na srednem Urale s primeneniem mezomasshtabnoi modeli WRF [Prediction of dangerous and adverse weather events in the middle Urals using the mesoscale WRF model]. Sovremennye problemy geografii i geologii k 100-letiiu otkrytiia estestvennogo otdeleniia v Tomskom gosudarstvennom universitete: materialy IV Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Modern problems of geography and Geology to the 100th anniversary of the opening of the natural branch in Tomsk State University: materials of the IV all-Russian scientific-practical conference with international participation], 223–226. (In Russian)
Georgievsky, V. Yu., Tkachenko, Yu. Yu., 2012. Katastroficheskoe navodnenie v basseine reki Adagum 6–7 iiulia 2012 g. i ego prichiny [Catastrophic flooding in the basin of the Adagum river 6–7 July 2012 and its causes]. URL: http://meteoweb.ru/biblio/27.pdf (date accessed: 20.01.2019). (In Russian)
Koltermann, K. P., Dobrolyubov, S. A., Alexis, N. I., 2012. Prirodnye i sotsial’nye riski v beregovoi zone Chernogo i Azovskogo morei [Natural and social risks in the coastal zone of the Black and Azov seas]. Triumf, Moscow. (In Russian)
Landshaftnaya karta SSSR. Masshtab 1 : 2 500 000 (v 1 cm 25 km) [Landscape map of the USSR. Scale 1 : 2,500,000 (in 1 cm 25 km), 1980 / Gudilin, I. S. (Ed.). Gidrospetsgeologiya, Moscow. (In Russian)
Lebedeva, L. S., Semenova, O. M., Vinogradova, T. A., Kruchin, M. N., Volkova, N. V., 2015. Evaluating extreme flood characteristics of small mountainous basins of the Black Sea coastal area, Northern Caucasus. Proc. IAHS 370, 161–165. URL: https://doi.org/10.5194/piahs-370-161-2015
Lichno priyedu v rayony Sochi, postradavshiye ot pavodka [I will personally come to the flood-affected areas of Sochi], 2015. URL: http://www.obeschania.ru/documents/promises/sochi-pavodok (date accessed: 20.01.2019).
Makarieva, O. M., 2018. Kompleksnaia programma raspredelennoi gidrologicheskoi modeli “Gidrograf” [Complex program of the distributed hydrological model “Hydrograph”]. In: Svidetel’stvo o gosudarstvennoi registratsii programmy dlia EVM № 2018619084 [Certificate of state registration of the computer program No. 2018619084]. Rospatent, Moscow. (In Russian)
Makarieva, O. M., Beldiman, I. N., Lebedeva, L. S., Vinogradova, T. A., Nesterova, N. V., 2017. K voprosu ob obosnovannosti rekomendatsii SP 33-101-2003 dlia raschetov kharakteristik maksimal’nogo stoka malykh rek v zone rasprostraneniia mnogoletnei merzloty (v poriadke diskussii) [On the issue of validity of recommendations from SP 33-101-2003 for assessment of maximum flow characteristics of small river in the permafrost zone]. Inzhenernye izyskaniia [Engineering surveys] 6–7, 50–63. (In Russian)
Makarieva, O. M., Vinogradova, T. A., Nesterova, N. V., Vinogradov, A. Yu., Beldiman, I. N., Kolupaeva, A. D., 2018. Modelirovanie katastroficheskikh pavodkov v basseine r. Tuapse [Modeling of catastrophic floods in the Tuapse river basin]. Georisk [Georisk] 12(3), 78–89. (In Russian)
Meredith, E. P., Semenov, V. A., Maraun, D., Park, W., Chernokulsky, A. V., 2015. Crucial role of Black Sea warming in amplifying the 2012 Krymsk precipitation extreme. Nature Geoscience 8, 615–620. URL:https://doi.org/10.1038/NGEO2483
Monthly meteorological data. I-XIII, 1964–1983, 13. Hydrometeoizdat, Rostov-on-Don. (In Russian)
Moriasi, D. N., Arnold, J. G., Van Liew, M. W., Bingner, R. L., Harmel, R. D., Veith, T. L., 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. ASABE 50(3), 885–900. URL: https://doi.org/10.13031/2013.23153
Nash, J. E., Sutcliffe, J. V., 1970. River flow forecasting through conceptual models: a discussion of principles. Journal of Hydrology 10(3), 282–290.
Navodneniya v Krasnodarskom kraye s 2010 goda: khronologiya [Floods in the Krasnodar Territory since 2010: chronology], 2015. URL: https://tass.ru/info/2071994 (date accessed: 20.01.2019).
Nesterova, N. I., Makarieva, O. M., Vinogradova, T. A., Lebedeva, L. S., 2018. Modelirovanie protsessov formirovaniia stoka zony baikalo-amurskoi magistrali na osnove dannykh poligona “Mogot” [Modelling runoff formation processes at the BAM zone based on the data of the Mogot research site]. Vodnoe khoziaistvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravlenie [Water economy of Russia] 1, 18–36. (In Russian)
Panov, V. D., Bazelyuk, A. A., Lurie, P. M., 2012. Reki Chernomorskogo poberezh’ia Kavkaza: gidrografiia i rezhim stoka [Rivers of the Black sea coast of the Caucasus: hydrography and flow regime]. Don, Rostov-on-Don. (In Russian)
Peregretoye more [Superheated Sea], 2015. URL: http://www.geo.ru/ekologiya/peregretoe-more (date accessed: 26.07.2018).
Rozhdestvensky, A. V., Lobanova, A. G., 2010. Applications to the manual on the determination of the calculated hydrological characteristics. State Hydrological Institute, St. Petersburg. (In Russian)
SP 33-101-2003, 2004. Determination of the main calculated hydrological characteristics, Gosstroy Rossii, Moscow. (In Russian)
Reference book on climate of the USSR. Issue 3, 1966. Hydrometeoizdat, Leningrad. (In Russian)
Shokurov, M. V., 2012. Chislennoe modelirovanie katastroficheskikh pogodnykh iavlenii v Chernomorskom regione [Numerical simulation of catastrophic weather events at the Black sea region]. Ekologicheskaia bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa [Environmental safety of coastal and shelf zones and integrated use of shelf resources] 2(26), 301–320. (In Russian)
Vinogradov, Yu. B., 1988. Matematicheskoe modelirovanie protsessov formirovaniia potokov (opyt kriticheskogo analiza) [Mathematical modeling of flow formation processes (critical analysis experience)], Hydrometeoizdat, Leningrad. (In Russian)
Vinogradov, Yu. B., Vinogradova, T. A., 2010. Matematicheskoe modelirovanie v gidrologii [Mathematical modeling in hydrology]. Academy, Moscow. (In Russian)
Vorobyov, Y. L., Akimov, V. A., Sokolov, Y. I., 2003. Katastroficheskie navodneniia nachala XXI veka: uroki i vyvody [Catastrophic floods of the early XXI century: lessons and conclusions], DEKS-Press, Moscow. (In Russian)
The Euromediterranean Network of Experimental and Representative Basins (ERB). URL: http://erb-network.simdif.com/ (date accessed: 28.09.2018)/
Загрузки
Опубликован
19.05.2019
Как цитировать
Макарьева, О. М. (2019) «Расчет характеристик катастрофических паводков неизученной реки Цемес (г. Новороссийск, Черноморское побережье России) на основе гидрологической модели „Гидрограф“», Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле, 64(1), сс. 24–43. doi: 10.21638/spbu07.2019.102.
Выпуск
Раздел
Статьи
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
