Диссертация (1141527), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Особенно большое превышение максимальных заторных уровнейнад уровнями весеннего половодья характерно для участков, замерзающих позажорному типу и имеющих уклон 2..3%. Можно сделать вывод о влияниизажоров на отношение уровней, а также о снижении влияния уклона русла приналичииподпорныхявлений.Основноезначение,по-видимому,будетпринадлежать малым уклонам, обусловленным наличием подпора, которые,согласно В.А. Бузину, являются одной из основных причин возникновенияголовы затора.Принято представлять максимальный заторный уровень в виде суммы [75]:(3.2)где– уровень воды при расходе Qв в свободной ото льда реке;–превышение заторного уровня над свободным уровнем.Для рек бассейна Белого моря, к которым относятся Северная Двина,Сухона, Вычегда, Пинега и т.д. характерной особенностью является высокаяповторяемость зажоров, которые формируются в период замерзания русла. Вслучае замерзания по зажорному типу долгосрочный прогноз максимального57заторного уровня оправданно делать на основании данных о максимальномуровне в начале ледостава, так как между этими величинами обнаруженадостаточная корреляционная связь.
В отличие от заторно-зажорных участковречного русла, главным фактором для прогноза максимального заторного уровняна беззажорных участках является весенняя водность (или затороформирующийрасход).По данным многолетних наблюдений повторяемость зажоров на заторнозажорных участках рек бассейна Северной Двины находится в пределах 60..98%.Анализ факторов заторообразования и особенностей заторно-зажорныхучастков рек бассейна, а также данных о высокой повторяемости заторов научастках, испытывающих влияние подпора (которые были отмечены рядомисследователей), позволил сделать предположение о том, что повторяемость ипараметры заторов должны отличаться на участках, замерзающих по заторнозажорному типу, при наличии подпора и без него.
До сих пор при описанияхобщей тенденции этого явления числовых, а тем более, математически илистатистически обоснованных результатов такого сравнения не было.Целью расчетов стала проверка гипотезы о влиянии на параметры заторовна заторно-зажорных участках рек бассейна Северной Двины подпора отнижележащих створов, а также построение классификационных функций дляучастков с подпором и без него. Математическим аппаратом для проведениярасчетов стал многомерный анализ данных, а именно, дискриминантный анализ.3.2. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИСКРИМИНАНТНЫХ ПЕРЕМЕННЫХИсходным материалом для исследований стали гидрологические данные пореке Северной Двине и 29-ти рекам, формирующим ее бассейн. По 82-м участкам,впределахкоторыхнаблюдалисьледовыезатруднения,сформированаэлектронная база данных, позволяющая быстро производить сортировку игруппировку параметров: морфометрические характеристики русла;58 число лет наблюдений; повторяемость заторов и/или зажоров; частота возникновения подпоров от нижерасположенных участков; высшие заторные и/или зажорные уровни и их средние значения; наибольшие заторные и/или зажорные подъемы уровней воды и их средниезначения; высшие незаторные и незажорные уровни воды и их средние значения; средняя толщина льда в период вскрытия.Для половины участков рек бассейна Северной Двины характернообразование только заторов, возникающих в период вскрытия ото льда.
Зажорныеявления, возникающие в период замерзания рек, здесь практически ненаблюдались.Во время прохождения ледохода наиболее опасны те участки речного русла,на которых ледостав проходил с образованием зажоров, а последующее вскрытиеото льда с образованием заторов. В бассейне Северной Двины таких участковоколо 50%. Наблюдения показывают, что именно в пределах этих участков могутвозникнуть наводнения с достаточно большим и интенсивным ростом глубин,приводящим к затоплению прилегающих территорий.
К одним из факторов,осложняющих ледовую обстановку на потенциально опасном с точки зрениязаторообразования речном участке, относится влияние подпора от нижележащихучастков, еще стесненных ледовой массой.Основным принципом отбора исходных данных из Каталога [41] сталоналичие статистических данных как минимум за 10 лет по повторяемости заторови зажоров, наивысшим заторным подъемам уровня воды над меженью,наивысшим незаторным и незажорным уровням над меженью, толщине льдаперед вскрытием реки. По измеряемым данным анализировались средниемноголетние значения, приведенные в Приложении 4.Максимальный подъем уровня воды при заторе над уровнем, который могбыть при его отсутствии, в исходных данных был определен двумя способами:графической срезкой уровней и последующей интерполяцией на дату максимума;59срезкой уровней с учетом данных о стоке (по кривой связи расходов и уровнейдля открытого русла определялся уровень, соответствующий среднесуточномурасходу) [41].
В расчетах эта величина указывается как максимальный заторныйподъем.Незаторныйинезажорныйуровниводывисходныхданныхсоответствовали наивысшим уровням, зарегистрированным на посту присвободном течении или ледовых образованиях без существенного подпора.Обычно незаторные и незажорные уровни принимались равными срочныммаксимальным расходам снегового, дождевого или смешанного происхождения.При отсчете незаторного и незажорного уровней над меженью, меженныйуровень в исходных данных определялся как среднее значение уровня за летнееосенний период (при отсутствии паводков или при их срезке).Из всех участков бассейна на первом этапе были отобраны только участки,замерзающие по зажорному типу и характеризуемые возникновением заторов впериод вскрытия реки ото льда(Таблица 3.1).
Таких участков оказалось 41.Среди них подпор от нижерасположенных створов был зафиксирован на 24участках, причем частота возникновения подпора не была ниже 4..5%. Остальные17 участков не испытывали подпора от нижерасположенных створов.Таблица 3.1Участки рек бассейна Северной Двины с ледовыми затруднениямиПоказательЛедовые затрудненияЗаторыЗажоры и заторыС подпором31724Без подпора513417Всего участков824141Заранее заданные группы заторно-зажорных участков (те, в которыхсказывалось влияние подпора в период весеннего вскрытия, и те, в которыхподпора от нижележащих участков не возникало) были сопоставлены последующим факторам: повторяемость заторов; средне многолетние значения высших заторных уровней воды;60 средне многолетние значения высших зажорных уровней воды; средние многолетние значения высших незаторных/незажорных уровнейводы; средне многолетние значения наибольших заторных подъемов уровнейводы.Выбордискриминантныхпеременныхпроизводилсянаоснованииобщепринятых положений о параметрах, характеризующих вскрытие речногорусла ото льда и возникновении заторно-зажорных явлений.
Переменные былинезависимыми, дискриминирующая сила каждой на начальном этапе включения вмодель не учитывалась.В качестве дискриминантных переменных были приняты:х1 – повторяемость заторов (%);х2 – среднее многолетнее значение наибольшего заторного подъема уровнейводы, м;х3 – отношение средних многолетних значений высших незаторного уровнянад меженью к заторному уровню над меженью;х4 – отношение средних многолетних значений высших зажорного уровнянад меженью к незажорному уровню над меженью.Повторяемость заторов на всех участках с заторно-зажорными явлениями,по которым имелись данные многолетних наблюдений (граничные значенияпеременной х1) лежала в пределах от 0,23 до 0,8.
Среднее многолетнее значениенаибольшего заторного подъема уровней воды (граничные значения переменнойх2) изменялось от 0,8 до 3,6 метров. Отношение среднего многолетнего высшегонезаторного уровня к заторному (граничные значения переменной х3) лежало впределах от 0,7 до 1,69. Отношение средних многолетних значений высшихзажорного уровня над меженью к незажорному уровню над меженью (граничныезначения переменной х4) изменялись от 0,17 до 0,46.Влияниенагидрометеорологическихпроцессфакторовзаторообразованияобъясняетполученныепеременныхотношениямаксимального уровня воды в свободном ото льда русле к заторному уровню. Эта61особенность была отмечена еще в работах А.В.
Бузина. Включение зажорныхуровней в расчет обусловлено выделением его как основного фактора, влияющегона величину заторного подъема в ряде предыдущих исследований.Основное ограничение применения дискриминантного анализа заключаетсяввыполнениитребованиякнормальностираспределенияпеременных,включенных в анализ [8]. В нашем случае это переменные х1..х4. Кроме того, приналичии корреляции между признаками она должна быть линейной, аковариационные матрицы групп должны быть примерно равны [97].Нормальнораспределеннойсчитаетсяслучайнаявеличина,котораяполучена суммированием большого числа независимых случайных величин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
