Анотація до роботи:

Захарова М.В. Просторова модель для розрахунків гідрографів паводкового стоку води, хімічних речовин та наносів з малих водозборів Українських Карпат. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. – Спеціальність 11.00.07 – гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія. – Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2006.

Дисертаційна робота присвячена питанням адаптації просторової моделі до умов Українських Карпат, розробці комплексного підходу до математичного моделювання процесів формування дощового паводку і винесення цим паводком розчинених хімічних речовин і зважених наносів з використанням просторових полів головних факторів дощового стоку.

Динаміка руслового і схилового стоку води, розчинених хімічних речовин і зважених наносів описувалася за допомогою кінематико-хвильової моделі. Чисельне вирішення рівнянь проводилося кінцево-різницевим методом Прейсмана за ітераційною схемою. У роботі для встановлення оптимальних параметрів моделі застосовувався діалоговий метод оптимізації. Оптимізація здійснювалася у декілька етапів, на кожному з яких виконувалося зв’язування частини параметрів з місцевими фізико-географічними характеристиками водозборів.

Виконане зіставлення гідрографів стоку, розрахованих за моделлю зі встановленими оптимальними параметрами, і гідрографів, побудованих за фактичними даними спостережень, показав задовільний збіг за умови мінімуму критерію якості. Проведена перевірка моделі на незалежному матеріалі показала, що точність розрахунків для контрольних паводків і паводків, по яких проводилася оптимізація, приблизно однакова. Тому модель кінематичної хвилі зі встановленими оптимальними параметрами можна використовувати для розрахунків гідрографів стоку води, розчинених хімічних речовин і зважених наносів на річках досліджуваного регіону.

У дисертаційному дослідженні виконано теоретичне узагальнення і здійснено нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці комплексного підходу до математичного моделювання процесів формування дощового паводку і винесення цим паводком розчинених хімічних речовин і зважених наносів з використанням просторових полів головних факторів дощового стоку.

Внаслідок проведеного дослідження можна зробити наступні висновки:

1. Для розрахунків стоку води, розчинених хімічних речовин та зважених наносів використано просторову модель, що належить до групи фізико-математичних, класу динамічних з розподіленими параметрами.

2. Вперше для території Українських Карпат застосовано комплексний підхід, у якому об’єднуються моделі, що описують формування руслового стоку і моделі, що описують транспортування русловим стоком розчинених хімічних речовин і зважених наносів.

3. Для врахування просторової нерівномірності таких факторів стоку, як опади, геоморфологічні фактори, показник попереднього зволоження ґрунтів, використано методику оптимальної дискретизації цих факторів за частковими площинами (квадратами), на які розбивався водозбір. Проміжні елементи розрахунку паводків – водоутворення, схиловий стік води і інтенсивності стоку хімічних речовин та наносів обчислювалися також окремо для кожної дискретної площини.

4. Проведено чисельне вирішення рівнянь кінематичної хвилі, що описують процеси схилового і руслового стоку води та змиву хімічних речовин і наносів, кінцево-різницевим методом Прейсмана за ітераційною схемою, що вирішувалася методом А.П. Доморяда з урахуванням трьох членів розкладання за узагальненою формулою Ньютона.

5. Розроблено модуль програми для обчислення гідрографів руслового стоку води і транспортування ним хімічних речовин і наносів на ПЕОМ, який є складовою загальної програми. Виконано випробування розробленої програми.

6. За результатами виконаної діалогової поетапної оптимізації параметрів моделі водного стоку встановлено, що частину отриманих оптимальних параметрів з малою змінністю можна осереднити за територією, а інші після останнього етапу оптимізації зв’язати з місцевими фізико-географічними характеристиками водозборів.

7. На підставі виконаної оптимізації отримані наступні аналітичні залежності параметрів моделі водного стоку: параметру інфільтрації від індексу попереднього зволоження , частки поверхневого схилового стоку від залісенності водозбору та параметру формули швидкості від площі водозбору .

8. Визначено межі змін параметрів моделей, що описують надходження розчинених хімічних речовин та зважених наносів у водний потік і подальший їх стік зі схилів у русла річок.

9. Виконано зіставлення розрахованих за моделлю гідрографів стоку з встановленими оптимальними параметрами і гідрографів, побудованих за фактичними даними спостережень. Зіставлення показало задовільне співпадіння гідрографів за умови мінімуму критерію якості.

10. Проведено перевірку моделі на незалежному матеріалі, яка показала, що точність розрахунків для контрольних паводків і паводків, по яким проводилась оптимізація, приблизно однакова, що вказує на те, що встановлені для даного району параметри моделі є стійкими, а вибрана просторова модель враховує основні фізичні процеси формування паводкового стоку на річках, а отже і стоку розчинених хімічних речовин та зважених наносів.

Публікації автора:

1. Иваненко А.Г., Захарова М.В. Кинематическая модель стока воды и химических веществ // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. – 2003. – Вип.47. – С.168-178.

2. Захарова М.В. Стохастическое моделирование полей дождевых осадков и исследование их однородности // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. – 2004. – Вип.48. – С.408-415.

3. Захарова М.В. Застосування кінематичної моделі для розрахунку руслового стоку води // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. – 2005. – Вип.49. – С.469-477.

4. Захарова М.В. Кинематическая модель стока воды и химических веществ // Тези доповідей III наукової конференції молодих вчених. – Одеса: ОДЕКУ. – 2003. – С.43-46.

5. Захарова М.В., Иваненко А.Г. Моделирование дождевого стока воды и смыва химических веществ с экспериментальных водосборов Молдавской воднобалансовой станции // Матеріали IV наукової конференції молодих вчених. – Одеса: ОДЕКУ. – 2004. – С.10-11.

6. Захарова М.В. Расчёт стока воды и смыва химических веществ с малых водосборов Молдавской воднобалансовой станции по модели кинематической волны // Матеріали VI Всеукраїнської наукової конференції студентів і аспірантів «Екологічні проблеми регіонів України». – Одеса: ОДЕКУ. – 2004. – С.91-93.

7. Захарова М.В., Иваненко А.Г. Пространственная модель выноса растворённых веществ с водосборов рек // Тезисы докладов VI Всероссийского гидрологического съезда «Экологическое состояние водных объектов. Секция 4. Качество вод и научные основы их охраны». – Санкт – Петербург: Гидрометеоиздат. – 2004. – С.29-30.

8. Захарова М.В. Розрахунок стоку води за моделлю кінематичної хвилі на водозборах Закарпатської воднобалансової станції // Матеріали VIII міжнародної науково-практичної конференції «Наука і освіта 2005». Географія та геологія. – Т.13. – Дніпропетровськ: Наука і освіта. – 2005. – С.17-20.