Диссертация (1141527), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Причем заторы приположительной температуре воздуха образовывались при одном значенииинтенсивности, при снижении температуры до отрицательных значений в периодвскрытия заторы образовывались при меньших значениях интенсивности подъемауровней. Заблаговременность такого прогноза составляла 3-4 дня. Для рядаучастков реки Северной Двины Г.В. Андреевой был применен этот же методпрогноза образованиязаторов.Для постоянныхмест заторообразованияинтенсивность подъема уровней воды до начала заторных явлений (возможно сучетом температуры воздуха в период вскрытия) является достаточнойхарактеристикой для прогноза образования заторов в конкретном месте [34].Согласно руководству по гидрологическим прогнозам этот метод показалхорошие результаты для рек севера ЕТР.Для прогноза образования затора применительно к исследуемому участкуреки Кичменьга были проанализированы факторы, соответствующие условиямвскрытия ото льда. Наиболее тесную связь частота возникновения заторов имела синтенсивностью роста расходов реки.92Анализ гидрологических факторов для участка реки Кичменьга позволилвыявить основной фактор заторообразования: градиент роста расхода межудатами максимальной толщины льда и подвижек льда, вычисляемый по формуле:(4.6)где Qп – расход на дату подвижек льда Dп; Qл.макс расход на дату максимальнойтолщины льда Dл.макс.Подвижки льда на участке у д.

Захарово, согласно классификации В.Н.Панова, могут относиться к двум типам: местные подвижки, которые характерныдля порожистых участков рек, и подвижки кромки ледяного покрова,встречающиеся на реках, текущих с юга на север, в том числе на Северной Двине.Кратковременные подвижки кромки ледяного покрова для таких рек обязательны,они переходят в ледоход [78]. Местные подвижки могут происходить за 2-3недели до вскрытия после ослабления льда закраинами и быстрым течением надпорогами.На реке Кичменьга подвижки льда наблюдаются практически ежегодно.

Запериод 1960-2015 гг. подвижек не было только в 2-х случаях (3%). Прииспользованииформулы(4.6)приотсутствииподвижекльдаследуетиспользовать расход на дату вскрытия реки.Ряды наблюдений за датами подвижек льда, начала ледохода и промежуткавремени между датой подвижек и датой ледохода были проверены настационарность. Ряды дат, в которые наблюдалась максимальная толщина льда,подвижки льда и начало ледохода имели незначимый тренд к снижению, а рядразностей дат между подвижками и ледоходам имел незначимый тренд кувеличению.На уровне значимости5% и 1% все ряды признаны статистическиоднородными и вычисление градиента роста расхода по ф. (4.6) с привязкой куказанным датам возможно.

Средние значения показателей приведены в Таблице4.6.93Таблица 4.6Средние значения показателей весенних ледовых явлений в створе за период1960-2015 гг.ПоказательСреднеезначениеДата максимальной толщины льда23 мартаДата подвижек льда17 апреляДата начала весеннего ледохода21 апреляПромежутоквременимежду4подвижками и началом ледохода, дниМинимальноезначение10 февраля30 марта2 апреля1Максимальноезначение25 апреля5 мая7 мая12Ранжированный в порядке возрастания ряд градиентов роста расходаприведен на рисунке 4.10.

Очевидно, что заторы возникали в годы с высокимизначениями градиента роста расхода.Рисунок 4.10 – Ранжированный ряд градиента роста расхода. Условныеобозначения:– затор;– затора не былоВ гидрологической практике часто используется значение эмпирическойежегодной вероятности превышения некоторой характеристики, вычисляемой поформуле [67]:(4.7)где m –порядковый номер члена ряда значений гидрологической характеристики,ранжированного по убыванию; n – объем наблюдений (общее число членов ряда).94При изучении и типизации заторов, например, строится эмпирическаякривая заторных подъемов и вычисляется их обеспеченность [86].Эмпирическая кривая для реки Кичменьга в створе у д.

Захарово ежегоднойвероятности превышения градиентом роста расхода Q приведена на рисунке4.11. Кривая построена по однородным данным. После нанесения на нее прямой сординатой, равной фактической частоте заторов 0,38, в точке пересеченияполучено значение Q.крит, при превышении которого должен образовыватьсязатор.Рисунок 4.11 – Эмпирическая кривая обеспеченности градиента роста расходаКритическим значением градиента роста расхода реки Q, при превышениикоторого образуется затор, является значение Q.крит =1,18. Из 56 лет наблюденийза ледовым режимом реки Кичменьга только в 9-ти случаях (16%) это условие невыполнялось: в 4-х случаях затор возникал при более низких значенияхградиента, в 5-ти случаях при превышении градиентом критического значениязатора не было. Для этих лет вероятнее всего следует проследить динамикутемпературы воздуха в период вскрытия.Для составления заключения о вероятности затора на реке Кичменьга у д.Захарово в 84% всех случаев достаточно учитывать лишь значение градиентароста расхода межу датами максимальной толщины льда и подвижек льда.95Полученныеданныенепротиворечатсложившейсявинженернойгидрологии практике.

Так, например, И.Я. Лисер при составлении заключения овероятности образования затора на р.Енисей у г.Красноярск (1967 год) отмечал,что в 75% всех случаев достаточно учитывать данные только об уровне воды впериод замерзания. В оставшихся 25% случаев следует учитывать сроки началавесеннего ледохода [55, 59].4.4. ОБОБЩЕННАЯ ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗАТОРА ВСТВОРЕ С УСТОЙЧИВОЙ (ПОСТОЯННОЙ) МОРФОМЕТРИЕЙОбразование затора, как многофакторный процесс, даже в пределах одногозаторного участка может протекать по-разному.

В последнее время появился рядработ, посвященный компьютерному моделированию волн прорыва при заторах изаторных наводнений [110, 111]. Это связано с влиянием переменныхгидрометеорологическихфакторов.Возможнымсочетаниямпеременныхфакторов предлагается поставить в соответствие сценарии возникновения заторадля последующего вычисления вероятности их возникновения.Указанный метод широко используется в гидротехническом строительствепри анализе надежности сложных систем [62]. В предлагаемых моделях (вотличие от вероятностей отказов технических элементов) будут использованывероятности наступления неблагоприятных гидрологических и климатическихсобытий, способствующих возникновению затора в створе с постояннойморфометрией.Длявозникновениязатораразработкинеобходимообобщенныхопределеннымвозможныхобразомсценариевсгруппироватьфакторы, соответствующие условиям замерзания реки, протекания ледостава ивскрытия реки ото льда.

Сценарии возможного возникновения затора, приведенына рисунке 4.12.Использование сценариев развития ледовой обстановки на р. СевернаяДвина для прогноза заторов было предложено в работе И.В. Малыгина [63].Анализировалисьзначения11-тигидрологическихиметеорологических96показателей, отнесенных к признакам заторообразования, но для расчетов имбыли использованы не вероятностные, а комбинаторно-логические методы.Рисунок 4.12 – Возможные сценарии образования затора в створе снеблагоприятной морфометриейУказанные на рисунке 4.12 сценарии являются достаточно общими.

Средивсехвозможныхсценариеввыделенотринаиболеехарактерных,соответствующих неблагоприятным условиям формирования, протекания ипрекращенияледоставаиихкомбинациям.Впределахконкретногозатороопасного участка могут реализовываться только один или два сценария.Это зависит от основных факторов, влияющих на процесс возникновения затора иих значений в конкретном гидрологическом году. Наиболее общим являетсясценарий А1, при котором все три указанных условия реализуются один задругим во временной последовательности: опасное формирование ледостава, закоторым следует опасное протекание ледостава и опасное вскрытие реки.

С точкизрения гидрологических и метеорологических характеристик в данном случае, какправило, в осенний период наблюдалось возникновение зажорных явлений, зимахарактеризовалась длительными низкими температурами, а весной половодьебыло достаточно дружным.97Классический термин «Дерево отказов», используемый при исследованиириска технических систем, в предлагаемом методе соответствовал термину«Деревопроисшествий»,покоторомувозможнаоценкавероятностивозникновения затора в створе с определенной морфометрией. Прогноз можнобудет выполнить на основании данных о статистических характеристиках,включенных в дерево происшествий событий [51].

События, в отличие от анализанадежности технических систем, это внешние исходные события, связанные сприродными явлениями и их сочетаниями. Для расчета вероятностей по каждомуиз сценариев было построено «Дерево происшествий», в котором факторы,способствующие возникновению заторов, и их комбинации сгруппированылогически с применением дедуктивного метода (FTA – Fault Tree Analysis).Деревья происшествий приведены на рисунках 4.13 - 4.15.Рисунок 4.13 – Дерево происшествий для возникновения затора по сценарию А1Условные обозначения:ИИЛИЛогическое «И» - событие-следствие возникает при наступлении всех исходныхсобытийЛогическое «ИЛИ» - событие-следствие возникает при наступлении хотя быодного из исходных событийРазрабатываемое событие98Рисунок 4.14 – Дерево происшествий для возникновения затора по сценарию А2Рисунок 4.15 – Дерево происшествий для возникновения затора по сценарию А3События, включенные в построенные деревья, являются случайными.

Онимогут быть описаны случайными величинами, значения которых принадлежатопределенному диапазону, характерному для каждого конкретного створа(например, толщина льда колебаться в пределах от 0,8 до 1,2 метра в зависимостиот года наблюдений и т.д.). К примеру, событию С4 применительно к сценариювозникновения затора на реке Кичменьга, будут соответствовать значенияградиента роста расхода, вычисленные по ф.9 и превышающие значение Q.крит=1,18.99Применениевероятностейкпостроеннымпозволилодеревьямопределитьвосновныхтеоретическомзаконоввидетеориивероятностивозникновения каждого из событий, входящих в соответствующие сценарий,вероятности реализации каждого из сценариев и вклад факторов в процессвозникновениязатора.Оцененныенаоснованиичастотвероятностивозникновения затора по каждому из сценариев приведены ниже:Сценарий А1А1В1В1В2 1  1 В3 1  1 А2В3  1 С 3   1 С 6   1 С 4   1 С7 С1 1  1 В2С2С5(4.8)Сценарий А2В3В2В3 1  1 В2 1 С 3   1 С 4   1 С6 1  1 С7С5(4.9)Сценарий А3А3В1В2где:А1В1 1  1 В2 1  1   1 С 3   1 С1С 4   1 С2С5(4.10)– вероятность возникновения затора в створе по сценарию А1;вероятность возникновения затора в створе по сценарию А2;возникновения затора в створе по сценарию А3;протекания ледостава;В2толщины льда в конце ледостава;С4С3С2С1–– вероятность– вероятность опасного– вероятность опасного вскрытия реки;вероятность опасного формирования ледостава;конце ледостава;В1А3А2В3–– вероятность большой– вероятность высокой прочности льда в– вероятность интенсивного роста уровней воды в створе;– вероятность интенсивного роста расходов воды;поступления льда с вышележащих участков;С6С5– вероятность– вероятность формирования100высокого предледоставного уровня воды;С7– вероятность возникновениязажоров в рассматриваемом створе.Уровни графов, представленных на деревьях происшествий, пронумерованысверху вниз латинскими буквами.

В пределах одного уровня буквенноеобозначение не изменяется.В представленных деревьях происшествий для каждого случайного событияуровняС1..С7по данным наблюденийнеобходимо выяснить законраспределения случайной величины с целью последующего ее включения вмодель. При наличии сведений о прохождении заторных наводнений в створе задостаточное количество лет подобные расчеты вполне осуществимы.Преимуществапредложенногопостроенияианализа«Деревапроисшествий» заключаются в возможности определения вероятности (частоты)не только головного события – возникновения затора, но и выяснения частотсобытий на каждом из его уровней. Это количественные, и, следовательно, болееинформативные оценки.4.5.

Характеристики

Список файлов диссертации