Методика прогноза декадного притока воды в водохранилища Енисейских ГЭС
(Саяно-Шушенское и Красноярское)
в период открытого русла



Гидролого-математическая модель - методическая основа прогнозов

В Сибири, вследствие недостаточного информационного обеспечения гидрологических прогнозов, в оперативной практике реализована концептуальная модель формирования стока, использующая всю доступную оперативную информацию, – наземную (температура воздуха, осадки, расходы и уровни воды в замыкающем створе и в речной системе) и спутниковую (динамика снегового покрытия территории водосбора). В обобщенном виде структура модели показана на рисунке 1.


Рис. 1. Общая структура гидролого-математической модели формирования стока


Цель настоящей работы – адаптация модели формирования стока применительно к условиям бассейна Саяно-Шушенского и Красноярского водохранилища и её реализация на базе наземной информации пунктов наблюдений гидрометеорологической сети и спутниковой информации о динамике снегового покрытия территории бассейна в период сне-готаяния. Гидролого-математическая модель, описанная в работе, рассмотрена в [1-6]. В настоящее время она используется на практике для прогноза ежедневных уровней воды рек Енисей, Абакан, Туба, Кача, Чулым и др., а также ежедневного притока воды в водохранилища Красноярской, Саяно-Шушенской и Новосибирской ГЭС.


Использование спутниковой информации для оценки динамики снегового покрытия бассейна в гидрологоматематической модели стока весеннего половодья

Бассейны Саяно-Шушенского и Красноярского водохранилищ весьма слабо освещены метеорологическими наблюдениями, особенно в основных питающих высотных зонах (выше отметки 1000 м над уровнем моря). Космическая информация со спутника «Terra» о динамике площади одновременного снеготаяния используется для оптимизации блоков снегонакопления и снеготаяния [7, 8, 9]. Таким образом, расчёты по модели дают возможность оценить динамику площадей снегового покрытия (в районах и высотных зонах) и сопоставить её со спутниковыми данными. В результате дальнейшего анализа проводится корректировка параметров блоков модели, в которых ведётся расчёт снегонакопления и снеготаяния.

Путем корректировки высотного распределения нормы снегонакопления получено наилучшее совпадение модельных и спутниковых данных (ИСЗ «Terra») о динамике площадей снегового покрытия.

Использование спутниковой информации для оперативной коррекции прогнозов выполняется в тех случаях, когда рассчитанные по наземной информации значения заснеженности более чем на 6-10% отличаются от спутниковых данных. При таком несовпадении космических и “модельных” значений заснеженности запускается специальный ре-жим коррекции, в котором прогнозист по запросу ПК вводит процент исправления запаса воды в снежном покрове в соответствующих районах (высотных зонах), добиваясь в интерактивном режиме совпадения рассчитанной и «космической» заснеженности. В ходе снеготаяния продолжается сопоставление сравниваемых характеристик и при необходимости проводится повторная коррекция запаса воды в снежном покрове.

В 2006 г. разработан и реализован пакет программ «Служба мониторинга заснеженности», – полностью автоматическая система непрерывной обработки данных дистанционного зондирования Земли для оценки заснеженности речных бассейнов и средней высоты границы снега. «Служба мониторинга заснеженности» является масштабируемым, многопоточным приложением, работает полностью автоматически, добавляет и обновляет данные в течение 30 минут после получения, представляет результаты в виде изображений, отчетов и графиков, и обеспечивает доступ к ним через глобальную сеть.


Применение гидролого-математической модели для долгосрочного прогноза элементов водного режима

Специфика применения математических моделей для детерминистического долгосрочного прогноза объема, максимального расхода и гидрографа весеннего половодья связана с тем обстоятельством, что решение задачи с увеличением заблаговременности прогноза все в большей степени зависит от будущей погоды, которая достоверно не известна на момент выпуска прогноза.

Преимуществом применения метода моделирования является возможность усвоения среднесрочных и краткосрочных прогнозов погоды для непрерывного уточнения дол-госрочного прогноза гидрографа весеннего половодья, выдача результата с суточным разрешением, а также возможность оперативной оценки влияния метеорологических особен-ностей весны на ожидаемый весенний сток.

Программное обеспечение, разработанное на основе рассмотренной выше гидролого-математической модели, позволяет путём численных экспериментов моделировать величины речного стока и ежедневного притока воды в водохранилища ГЭС. Известные к моменту выпуска прогноза максимальные запасы воды в снежном покрове, характеристики предшествующего увлажнения бассейна, ежедневные температуры воздуха и суточные осадки определяются по фактическим данным наблюдений.

Начиная с 2001 г. накапливается опыт использования рассмотренной модели для выпуска прогноза притока воды в водохранилище Енисейских ГЭС на декаду, месяц и квартал.


Испытание методики прогноза декадного притока воды в водохранилища Енисейских ГЭС

Испытания проводилось в оперативном режиме в течение второго и третьего кварталов 2007-2008 годов. Технологическая линия прогноза включает:
1) программное обеспечение, реализуемое на ПЭВМ,
2) наземную оперативную информацию УГМС и прогнозы погоды,
3) информацию о заснеженности по космическим данным.

Прогноз рассчитывался на специально разработанной для пользователя программе, реализуемой на ПЭВМ. Начиная с первой декады марта, ежедневно в память компьютера вводится ежедневная гидрометеорологическая информация (по данным наблюдений) и прогностическая, на период заблаговременности прогноза. Уровни воды и средний суточ-ный приток воды учитываются на дату выпуска прогноза и предшествующие сутки. Результат прогноза - ежедневный приток воды в водохранилище.

На начало каждой декады выпускался прогноз притока воды, основывающийся на данных прогноза погоды Красноярского Гидрометцентра на шесть суток. Синоптическая ситуация в конце декады дополнялась по наиболее вероятному развитию ситуации, на основе месячного прогноза погоды Иркутского ГМЦ, среднесрочных прогнозов погоды центра Фобос, немецкого центра Оффенбах. Прогноз погоды по южным районам края интерпретировался в числовом выражении в количество осадков и температуру воздуха на станциях бассейна водохранилищ, включенных в методику прогноза.

Качество результатов прогнозов притока воды в 2007–2008 гг. на декаду за период открытого русла (оценивается по соотношению фактической и допустимой ошибки прогноза) представлено в таблицах 1 и 2.


Таблица 1. Оправдываемость прогноза декадного притока воды в водохранилище Красноярской ГЭС в 2007–2008 гг.



Основываясь на результатах оперативных испытаний, можно отметить хорошую оправдываемость прогноза декадного притока воды в весенне-летний период.

Всего для Красноярского водохранилища по гидролого-математической модели в 2007 году было выпущено 14 прогнозов притока воды на декаду (3 не оправдалось), в 2008 году – 13 прогнозов (2 не оправдалось).

Для Саяно-Шушенского водохранилища по гидролого-математической модели в 2007 году было выпущено 14 прогнозов притока воды на декаду (2 не оправдалось), в 2008 году – 13 прогнозов (4 не оправдалось). Низкой оправдываемостью характеризуются прогнозы декадного притока в водо-хранилище Красноярской ГЭС в сентябре, Саяно-Шушенской ГЭС – в августе – сентябре, в период наблюдавшейся в 2008 году повышенной водности на южных притоках Енисея вследствие выпадения обильных дождей.

Таким образом, оправдываемость прогноза декадного притока воды в водохранилище Красноярской ГЭС составила: 85% в 2008 году и 79% – в 2007 году. Качество прогнозов притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище несколько ниже: 69% в 2008 году и 86% – в 2007 году. Это связано с крайне редкой гидрометеорологической сетью в бассейне, отсутствием данных по р. Хемчик, отсутствием репрезентативных высокогорных станций выше створа реки Енисей у г. Кызыла. Все это отражается на качестве прогноза водности рек бассейна.

Во втором квартале прогнозы оправдываются лучше, чем в третьем квартале. Прогнозы в третьем квартале все меньше зависят от запаса воды в снеге и температуры воздуха, и все больше зависят от прогноза осадков.


Таблица 2. Оправдываемость прогноза декадного притока воды в водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС в 2007–2008 гг.



Испытания показали, что оправдываемость прогнозов декадного притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище в июне-августе достаточно высокая.


Рекомендации о внедрении

Заслушав и обсудив полученные результаты испытания метода прогноза декадного притока воды в водохранилища Саяно-Шушенской и Красноярской за период открытого русла, Технический совет Среднесибирского УГМС в своем решении от 13 ноября 2008 г. отметил актуальность и своевременность проделанной работы и постановил:
1. Рекомендовать метод декадного прогноза притока воды в водохранилище Крас-ноярской ГЭС использовать в качестве основного расчетного метода в отделе гидрологических прогнозов Гидрометцентра Красноярского ЦГМС-Р.
2. Метод декадного прогноза притока воды в водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС рекомендовать в качестве вспомогательного расчетного метода на период июнь-август.


Список литературы

1. Бураков Д.А. Предвычисление гидрографа весеннего половодья заболоченных рек в южной части лесной зоны Западно-Сибирской низменности.– Метеорология и гидрология, 1966, № 1, с.42–46.
2. Бураков Д.А. К оценке параметров уравнений, аппроксимирующих кривую руслового добегания – Водные ресурсы, 1978, № 4, с.21–24.
3. Бураков Д.А. Кривые добегания и расчет гидрографа весеннего половодья. Томск: Томский госуниверситет, 1978.– 129 с.
4. Бураков Д.А. Математическая модель расчета гидрографа весеннего половодья для равнинных заболоченных бассейнов.– Метеорология и гидрология, 1978, № 1, с.49–59.
5. Бураков Д.А., Авдеева Ю.В. Технология оперативных прогнозов ежедневных расходов (уровней) воды на основе спутниковой информации о заснеженности (на примере р. Нижней Тунгуски).– Метеорология и гидрология, 1996, № 10, с.75–87.
6. Бураков Д.А., Адамович А.А. Учет весенних заморозков в гидролого-математической модели прогноза наводнений в бассейне Енисея. – Труды VII научной конференции «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф», том 1, Красноярск, 2003, с. 14–21.
7. Бураков Д.А., Кашкин В. Б., Сухинин А. И., Ромасько В. Ю., Ратненко И.В. Методика определения заснеженности речного бассейна по спутниковым данным для оперативных прогнозов стока.– Метеорология и гидрология, 1996, № 8, с.100–109.
8. Котляков В.М., Ходаков В.Г., Гринберг А.М. Тепловое проявление снежно-ледовых объектов как метод количественной интерпретации аэрокосмической ин-формации // Изв. АН СССР. Сер. Геогр. - 1981. - № 3. - с.127-134.
9. Тема 1.8.78 плана НИР Росгидромета за 2007г. Отчет по НИР: «Внедрить автоматизированные технологии прогноза притока воды в водохранилища Сибирских ГЭС на основе наземной и спутниковой информации среднего разрешения. Разработать методики прогноза максимальных уровней воды на затороопасных участках рек Сибири». СибНИГМИ, Красноярское и Западно-Сибирское УГМС. Ответст-венный исполнитель темы Д.А. Бураков.


Автор
Д.А. Бураков, Среднесибирское УГМС


Контакты

Бураков Д.А., Гордеев И.Н.
Красноярский ЦГМС-Р
E-mail: gidprog@mts1.krqr.mecom.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России