Анотація до роботи:

Лук’янець О.І. Система прогнозування паводків у Закарпатті на основі дослідження та математичного моделювання процесів формування стоку. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.07 – гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія. – Географічний факультет Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Київ, 2004.

З метою обгрунтування засад і технології створення басейнової прогностичної системи “Тиса” автор виконала наступні дослідження: аналіз умов формування дощових і сніго-дощових паводків в Карпатах та їх повторюваності; узагальнення багаторічних характеристик витрат і рівнів води; вивчення просторової структури полів опадів та оцінка інформативності опадомірної мережі; багатоваріантне моделювання стоку води для встановлення оптимальної просторової деталізації водозборів; визначення точності обчислення перебігу стоку води за допомогою функцій впливу в умовах просторової нерівномірності водоутворення; опрацювання технології оцінювання параметрів математичних моделей за принципом декомпозиції з урахуванням показників ландшафтних умов.

На засадах математичного моделювання процесів формування стоку води створено басейнову прогностичну систему “Тиса”, яка включає 5 підсистем, що забезпечують короткотермінове прогнозування перебігу стоку на р.Тисі та її гірських притоках під час дощових і сніго-дощових паводків і довготермінове прогнозування весняного стоку. З метою врахувати неоднорідність умов формування стоку в басейні розроблена просторова структура прогностичної системи, яка складається із об’єктів трьох рівнів: часткові басейни, часткові площі, висотні зони. Математичні моделі задіяні на кожному просторовому об’єкті як складові підсистем.

Прогностична система “Тиса” впроваджена за участю автора в практичну діяльність Закарпатського центру з гідрометеорології, що сприяло підвищенню рівня інформативної здатності служби гідрологічного оповіщення.

1. На території Закарпаття (басейн р.Тиси) спостерігаються часті дощові та сніго-дощові паводки, які нерідко набувають руйнівного за своїми наслідками характеру. Істотне підвищення рівня інформативної здатності служби гідрологічного оповіщення в басейні можливе лише шляхом створення автоматизованої інформаційно-прогностичної системи, яка б охоплювала всі ланки діяльності цієї служби від гідрометеорологічних спостережень до забезпечення прогнозною продукцією відомства й установи, що організовують і здійснюють паводкозахисні заходи. У науково-методичному та технологічному напрямках виконання цього завдання забезпечується створеною басейновою прогностичною системою “Тиса”, яка впроваджена в оперативну діяльність Закарпатського ЦГМ.

2. Математичне моделювання паводків і повеней з метою використання його в прогностичній системі потребувало досконалого вивчення ландшафтних і гідрометеорологічних умов на території басейну. Сюди відносяться наступні дослідження: аналіз умов і особливостей формування дощових і сніго-дощових паводків та їх повторюваності; узагальнення багаторічних характеристик витрат і рівнів води на річках басейну; просторовий розподіл модулів максимальних витрат води; вивчення просторової структури полів метеорологічних величин (у першу чергу, опадів) та оцінювання точності обчислення середніх по площі їхніх значень і репрезентативності мережі спостережень; багатоваріантне моделювання стоку води з урахуванням чутливості модельних і просторових параметрів (у т.ч. для встановлення оптимальної просторової деталізації водозборів); визначення точності обчислення перебігу стоку води за допомогою функцій впливу в умовах просторової нерівномірності розподілу водоутворення на водозборі внаслідок дощів і сніготанення; опрацювання технології оцінювання параметрів математичних моделей з урахуванням показників ландшафтних умов і коливання значень параметрів окремих процесів, які призводять до формування стоку води (сніготанення, водоутворення, промерзання та відтавання грунту); оцінка нестабільності залежностей між рівнями та витратами води.

3. Неоднорідність ландшафтних і гідрометеорологічних умов враховано розробленою просторовою структурою прогностичної системи в басейні Тиси, яка складається із об’єктів трьох рівнів - часткові басейни, часткові площі, висотні зони, при визначенні яких враховані результати дослідження насамперед полів метеорологічних величин у Карпатському регіоні та інформаційна спроможність мережі спостережень. Математичні моделі діють як складові прогностичних підсистем на кожному просторовому об’єкті з відповідними параметрами і гідрометеорологічними умовами цієї місцевості.

4. Для оцінювання оптимальних модельних параметрів застосована технологія, яка грунтується на принципі декомпозиції та встановлених автором залежностей параметрів від ландшафтно-гідрологічних показників.

5. З метою підвищення функціональних можливостей ПС “Тиса” організована у складі 5 підсистем. Підсистеми короткотермінового прогнозування перебігу стоку діють за принципом змінних стану та грунтуються на використанні математичних моделей процесів формування дощового та сніго-дощового стоку. Структура та функціональні рішення цих моделей мають певні особливості. Так, моделі ДОЩ-3 і СНІГ-3 загальні для окремих генетично однорідних видів стоку води, а просторові та ландшафтні особливості його формування враховуються шляхом параметризації. Локальні моделі ТИСА-5, ТИСА-10, ТИСА-3 і СЛОЙ-3 є похідними від моделей ДОЩ-3 і СНІГ-3 та можуть функціонувати лише в ПС “Тиса”. Кожний водозбір розглядається в моделі як динамічна система, процеси в якій розвиваються безперервно в часі.

6. Прогнозування характеристик весняного стоку здійснюється із завчасністю 20-50 діб з поступовим уточненням у разі зміни гідрометеорологічних умов і стану поверхні водозбору. Перебіг стоку (витрат/рівнів води) на притоках Тиси прогнозується переважно із завчасністю 8-12 год. Одночасно оцінюється ймовірний його перебіг на 48 год. для трьох можливих погодних ситуацій. Завчасність прогнозування витрат і рівнів води на р.Тисі змінюється в діапазоні від 6-10 до 84-88 год. в залежності від положення гідрологічних постів (смт Великий Бичків, м.Тячів, м.Хуст, смт Вилок, м.Вашарошнамень, м.Чоп).

7. Для вирішення проблем ефективної реалізації можливостей ПС “Тиса”та збільшення завчасності прогнозування перебігу паводків потрібно створити методичну базу безперервного прогнозування кількості опадів по орографічних районах Карпат, задіяти радіолокаційний метод вимірювання опадів, здійснити технічне переоснащення мережі гідрометеорологічних спостережень і засобів передачі інформації.

8. Вперше в Україні створена басейнова прогностична система для складного у фізико-географічному відношенні водозбору р.Тиса. Із аналізу зарубіжних наукових публікацій автор не виявила аналогічних басейнових прогностичних систем, де була б можливість отримувати прогнозну продукцію з детальним висвітленням просторових об’єктів.

9. Система запроваджена за участю автора до оперативної діяльності служби гідрологічного оповіщення Закарпатського ЦГМ, про що свідчать акти впровадження, прикладені до роботи. Прогностичні підсистеми успішно використовувалися під час визначних паводків у листопаді 1998 р. та березні 2001 р. Оцінки ефективності використання прогностичних підсистем досить позитивні – у 80-90% випадків похибки не перевищують допустимі.

Досвід організації та технологія функціонування прогностичної системи “Тиса” можуть слугувати взірцем для створення аналогічних систем, передусім у гірських регіонах. При цьому постає можливість деталізувати прогнозну продукцію в часовому та просторовому відношеннях, як це видно на прикладі басейну Тиси. Розроблення та запровадження подібних басейнових систем сприяє комплексному вивченню умов і процесів формування паводків і повеней з урахуванням розмаїття фізико-географічних особливостей річкових водозборів.

Публікації автора:

Статті

1. Применение математической модели формирования дождевого стока с распределенными параметрами при краткосрочном прогнозировании паводков в горных районах // Тр. УкрНИГМИ. – 1993. – вып. 245. – С.29-39. (співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 30%).

2. Оцінка інформативної здатності мережі опадомірних спостережень у західному регіоні України // Наукові праці УкрНДГМІ. – 1998. – Вип.246, Київ. – С.62-75.(співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 50%).

3. Методичні засади ймовірнісного прогнозування сельових явищ в Українських Карпатах // Наукові праці УкрНДГМІ. – 1999. – Вип.247, Київ. – С.114-124.(співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 40%).

4. Досвід оцінювання водності карпатських річок на наступні періоди // Наук. збірник КНУ “Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія”. – 2000. – №1. – С.206-209.

5. Науково-методичні рішення та технологія функціонування інформаційно-прогностичної системи в басейні Тиси // Наукові праці УкрНДГМІ. – 2000. – Вип.248, Київ. – С.100-107.

6. Довготермінове прогнозування весняного стоку з гірського водозбору в просторовому поданні // Наукові праці УкрНДГМІ. – 2002. – Вип.250, Київ. – С.202-207.

7. Ландшафтні характеристики як основа оцінювання параметрів математичних моделей формування стоку води // Наук. збірник КНУ “Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія”. – 2003. – №5. – С.78-84.

8. The estimates of detailed spatial elaboration optimum of mountain catchment for the water runoff modelling // Hydrological Processes in the Catchment. Cracow Univer. of Technology. –1995. – P.81-90. (Співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 40%).

9. Quantitative Bewertungen optimaler Detaillierung der Berechnungszeitabschnitte und Einzugsgebietsflchen zur Abflussmodellierung in der Karpaten // Schriftenreihe zur Wasserwirtschaft. Technische Universitt Graz. – 1996. – Vol.19/1. – S.B181-B186. (співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 60%).

10. Ein Versuch zur genaueren Bestimmung der Wahrscheinlichkeit maximaler Regenhochwasser-abflsse // Schriftenreihe zur Wasserwirtschaft. Technische Universitt Graz. – 1996. – Vol.19/2. – S. C129-C134. (співавтори Шендрик С.П, Сосєдко М.М.; особистий внесок 40%).

Матеріали конференцій

11. Багаторічні коливання водності в Карпатах // Матеріали міжнародної конференції “Стихійні явища у Карпатах”. – Рахів. – 1999. – С.195-199.(співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 50%).

12. Служба гідрологічного оповіщення в Закарпатті: стан і проблеми // Матеріали міжнародної конференції “Гори та люди” – 2002, Рахів. – Том 2. – С.98-100.

13. Landesweite Frhjahrsabflussvorhersagen in Gebirgsgebieten auf Grund der mathematischen Modellierung // XVII. Konferenz der Donaulnder ber hydrologische Vоrhersagen und hydrologisch-wasserwirtschaftliche Grundlagen. – 1994, Budapest. – S.180-186.(співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 40%).

14. Die Abflubewertung fuf nchste Jahre in den Karpaten unter Bercksichtigung der mehrjhrigen Abfluschwankungen // XIX. Konferenz der Donaulnder ber hydrologische Vorhersagen und hydrologisch-wasserwirtschaftliche Grundlagen. – 1998. Sammelband. Hrvatske Vode – Zagreb. – S.393-401. (співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 50%).

Тези доповідей

15. Die Struktur des Informations- und Vorhersagesystems im Flubecken der Thei (in den Grenzen der Ukraine) // XX. Konferenz der Donaulnder ber hydrologische Vorhersagen und hydrologisch-wasserwirtschaftliche Grundlagen. – 2000, Bratislava. – Compakt-Disk. – Konferenzkurzfassungen. – S.16. (співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 60%).

16. Mathematisches Modell der Regenabflubildung in den Gebirgseinzugsgebieten– Anwendungsergebnisse in den Vorhersagesystemen // XXI. Konferenz der Donaulnder ber hydrologische Vorhersagen und hydrologisch-wasserwirtschaftliche Grundlagen. – 2002, Bucharest. – Compakt-Disk. – Konferenzkurzfassungen. – S.36. (співавтор Сосєдко М.М.; особистий внесок 40%).