1

ГИДРОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРУПНЫХ РЕЧНЫХ БАССЕЙНОВ РОССИИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСА ECOMAG

Мотовилов Ю.Г. ФГУП «Центр Российского регистра гидротехнических сооружений и государственного

водного кадастра»

Технологический комплекс ЕСОМАG (ECOlogical Model for Applied Geophysics) включает в себя: математическую гидрологическую модель ЕСОМАG, специализированную географическую информационную систему (ГИС), базы гидрометеорологических данных и информации о характеристиках территории, а также управляющую оболочку.

Модель ЕСОМАG. Модель ЕСОМАG версия пространственно-распределенной модели гидрологического цикла и формирования стока в речных бассейнах. Модель описывает основные процессы гидрологического цикла суши: инфильтрацию, испарение, термический и водный режим почв, формирование снежного покрова и снеготаяние, формирование поверхностного, внутрипочвенного, грунтового и речного стока.

Схематизация речных бассейнов. Модельная пространственная схематизация речного бассейна и его русловой сети производится на основе электронных карт региона с помощью разработанной специализированной ГИС-технологии на базе пакета ArcView. Эта технология позволяет на основе цифровой модели рельефа и анализа линий тока в автоматическом режиме с различной степенью детальности прорисовывать структуру речной сети и выделять линии водоразделов - границы элементарных речных водосборов, являющихся пространственными расчетными единицами модели.

Базы данных. Возможности использования комплекса ECOMAG для гидрологического моделирования речных бассейнов России определяются, прежде всего, наличием и доступностью необходимой для реализации модели информацией о характеристиках речных бассейнов и гидрометеорологических данных. В настоящее время в базах данных комплекса интегрируются информационные потоки, задействованные на всех уровнях подготовки информации для гидрологического моделирования. Объем и пространственное покрытие информационными ресурсами территории России достаточны для проведения расчетов для любых крупных речных бассейнов РФ. В частности, базы данных включают информацию о характеристиках почв, землепользования, вегетации, а также архивные и оперативные гидрометеорологические данные на территорию России. Оперативная информация гидрометеорологического и водохозяйственного мониторинга по каналам связи в непрерывном режиме интегрируется в базах данных комплекса.

Управляющая оболочка. Управляющая оболочка позволяет связать информацию ГИС для рассматриваемой территории с информацией Баз данных, сконфигурировать необходимый вариант расчета, запустить модель на счет и отобразить результаты расчетов на экране компьютера в форме различных графиков и схематических карт территории, включающих картографическую основу и расчетные гидрологические карты, в том числе распределение расходов воды в русловой сети речной системы бассейна.

Гидрологическое моделирование. Моделирование формирования речного стока по модели ECOMAG проводилось для ряда крупных речных бассейнов России (Волги и Камы, Северной Двины, Мезени, Печоры, Кубани, Оби, Енисея, Лены, Яны, Индигирки, Амура). Ежесуточные поля метеоданных на территорию бассейнов являются входом в модель. Модель рассчитывает поля снежного покрова, увлажнения, промерзания и оттаивания активного слоя почвы, снеготаяния, поверхностного склонового и речного стока в русловой сети. Гидрографы стока по гидрометрическим постам, а также данные по притоку в водохранилища используются в модели для калибровки ее параметров и проверки точности модели.

2

Опыт применения модели для гидрологического моделирования речных бассейнов показал, что для калибровки параметров физически обоснованных гидрологических моделей, к классу которых относится модель ECOMAG, необходимы относительно короткие ряды наблюдений, и калибровка по 7 – 8 годам дает вполне устойчивые параметры модели.

Здесь необходимо подчеркнуть, что в модели ECOMAG калибруются параметры типов почв, растительности и подстилающей поверхности на территории речных бассейнов, а не параметры конкретных речных бассейнов. Своеобразие частных речных бассейнов отражается в модели сочетанием в них и пространственным распределением конкретных типов почв, растительности, рельефа, уклонов, структуры речной сети, метеорологических условий и т.п. Поэтому, моделируя большой речной бассейн, в рамках одного прогона модели можно рассчитать не только сток в замыкающем створе речного бассейна, но и речной сток в любой точке речной системы, включая все притоки основной реки. Такая возможность позволяет проводить проверку модели по всем имеющимся пунктам измерений расходов воды в речных бассейнах.

Расчеты притока воды к водохранилищам. С 2004 года комплекс ЕСОМАG задействован Росводресурсами для оперативных сценарных расчетов боковой приточности к водохранилищам Волжско-Камского каскада, а с 2009 г. – к водохранилищам Ангаро-Енисейского каскада. В настоящее время, комплекс принят в опытную эксплуатацию в Бассейновых водных управлениях Росводресурсов и для ряда других крупнейших водохранилищ России.

Для проведения сценарных расчетов притока воды в водохранилища используется следующий подход. По гидрологической модели формирования стока ECOMAG на основании оперативных метеорологических данных рассчитываются гидрографы притока воды в водохранилища на текущую дату, затем на ближайшие 7 дней для гидрологических расчетов притока используется количественный метеорологический прогноз Росгидрометцентра на данную территорию, а на последующий после даты метеорологического прогноза период (обычно, квартал) задаются фактические метеорологические ряды за аналогичный период, зарегистрированные в предыдущие годы, как возможные сценарии погоды на период расчета. Из полученных сценариев развития гидрологической обстановки и притока в водохранилища выбирается год-аналог, как наиболее вероятный сценарий притока, используемый в дальнейшем для водохозяйственных расчетов в целях разработки предложений по регулированию режимов работы гидроузлов водохранилищ, что и осуществляется в Росводресурсах в настоящее время.