Simulating Dynamic of Suspended Sediment Flow Based on Data of Primorskaya Water Balance Station

A. N. Bugaets; Бугаец А. Н.; S. Yu. Lupakov; Лупаков С. Ю.; N. F. Pshenichnikova; Пшеничникова Н. Ф.; S. M. Krasnopeyev; Краснопеев С. М.

doi:10.31857/S0321059623010054

Моделирование стока взвешенных наносов по данным приморской воднобалансовой станции

Авторы: Бугаец А.Н.¹, Лупаков С.Ю.¹, Пшеничникова Н.Ф.¹, Краснопеев С.М.¹
Учреждения:
1. Тихоокеанский институт географии ДВО РАН
Выпуск: Том 50, № 1 (2023)
Страницы: 28-38
Раздел: ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
URL: https://journal-vniispk.ru/0321-0596/article/view/134837
DOI: https://doi.org/10.31857/S0321059623010054
EDN: https://elibrary.ru/EDHPKV
ID: 134837

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Для водосбора р. Комаровки, расположенного на территории бывшей Приморской воднобалансовой станции, выполнено моделирование интенсивности смыва, мутности и расхода взвешенных наносов. В качестве методической основы использована модель с открытым кодом SWAT. Калибровка и верификация модели выполнена на основе архивных данных измерений мутности и расхода взвешенных наносов Приморской водно-балансовой станции на гидрологическому посту Центральный (157 км²). Эффективность моделирования мутности и расхода взвешенных наносов соответствует категориям “удовлетворительно” и выше. В среднем по водосбору интенсивность смыва почвы составляет 11–12 т/га в год. Максимальный смыв происходит в период активного снеготаяния. Среднемесячные величины за апрель–май составляют 75 тыс. т. Среднегодовая величина смыва составляет 171 тыс. т, максимальная – 800 тыс. т/год. Среднегодовой расход взвешенных наносов в замыкающем створе водосбора составляет 2.6 тыс. т. Наибольшие месячные значения твердого стока приурочены к периоду прохождения летних паводков в августе – в среднем 1 тыс. т (максимум – 7.7 тыс. т). Полученные данные о неоднородности пространственного распределения модельных величин интенсивности смыва хорошо согласуются с ландшафтными и климатическими особенностями формирования стока на водосборе. Основные погрешности в расчетах взвешенных наносов связаны с качеством моделирования гидрологического режима и динамики формирования компонентов речного стока, образующих гидрографы паводков.

Ключевые слова

моделирование, SWAT, водная эрозия, мутность.

Список литературы

Болгов М.В., Бояринцев Е.Л., Филимонова М.К. Моделирование паводочного стока при выпадении сильных дождей в зоне распространения многолетнемерзлых пород // Вод. хоз-во России. 2018. № 1. С. 6–17. https://doi.org/10.35567/1999-4508-2018-1-1
Бронгулеев В.В. Математические методы в геоморфологии: Избранные работы. М.: Медиа-ПРЕСС, 2018. 128 с.
Бугаец А.Н. Применение стандарта OPENMI для создания интегрированных систем гидрологического моделирования // Метеорология и гидрология. 2014. № 7. С. 93–105.
Бугаец А.Н. Разработка методов определения структурно-гидрографических характеристик по данным ЦМР для гидрологического моделирования. Дис. … канд. техн. наук. СПб.: РГГМУ, 2011. 215 с.
Бугаец А.Н., Гарцман Б.И., Краснопеев С.М., Бугаец Н.Д. Опыт обработки информации модернизированной гидрологической сети с использованием системы управления данными CUAHSI HIS ODM // Метеорология и гидрология. 2013. № 5. С. 91–101.
Бугаец А.Н., Гарцман Б.И., Терешкина А.А., Гончуков Л.В., Бугаец Н.Д., Сидоренко Н.Ю., Пшеничникова Н.Ф., Краснопеев С.М. Опыт применения модели SWAT для изучения гидрологического режима малого речного бассейна (река Комаровка, Приморский край) // Метеорология и гидрология. 2018. № 5. С. 68–79. https://doi.org/10.3103/S1068373918050060
Бугаец А.Н., Пшеничникова Н.Ф., Терешкина А.А., Краснопеев С.М., Гарцман Б.И. Анализ пространственной дифференциации почвенного покрова юга Приморья на примере бассейна р. Комаровка // Почвоведение. 2015. № 3. С. 268–276. https://doi.org/10.7868/S0032180X15030028
Бугаец А.Н., Пшеничникова Н.Ф., Терешкина А.А., Лупаков С.Ю., Гарцман Б.И., Шамов В.В., Гончуков Л.В., Голодная О.М., Краснопеев С.М., Кожевникова Н.К. Цифровое почвенное картографирование для целей гидрологического моделирования на примере экспериментальных водосборов (юг Приморского края) // Почвоведение. 2021. № 9. С. 1085–1096. https://doi.org/10.31857/S0032180X21050051
Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование в гидрологии. М.: Академия, 2010. 304 с.
Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 312 с.
Гарцман Б.И., Бугаец А.Н., Бугаец Н.Д., Болдескул А.Г., Галанин А.А., Губарева Т.С., Карасев М.С., Краснопеев С.М., Кожевникова Н.К., Кулаков В.В., Ли К.Т., Макагонова М.А., Мезенцева Л.И., Меновщикова Т.С., Ониши Т., Попова Н.Ю., Степанова М.В., Степаненко Л.А., Соколов О.В., Третьяков А.С., Тащи С.М., Тегай Н.Д., Чен Н.К., Шекман Е.А., Шамов В.В. Речные системы Дальнего Востока России. Четверть века исследований. Владивосток: Дальнаука, 2015. 492 с.
Гарцман Б.И., Бугаец А.Н., Тегай Н.Д., Краснопеев С.М. Анализ структуры речных систем и перспективы моделирования гидрологических процессов // География и природ. ресурсы. 2008. № 2. С. 20–29.
Горчаков А.М. Исследование элементов водного баланса и его структуры в Приморье. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 182 с.
Дедков А.П., Мозжерин В.И., Шарифуллин А.Н., Денмухаметов Р.Р. Современная денудация равнин Земли по данным о стоке наносов и растворенных веществ. // Изв. РАН. Сер. географическая. 2005. № 5. С. 30–38.
Иванова М.Ф. Общая геология. М.: Высш. шк., 1974. 400 с.
Ивлев А.М., Дербенцева А.М., Ознобихин В.И. Эрозия, дефляция (механическая деградация) и охрана почв: курс лекций. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2007. 128 с.
Керженцев А.С., Майснер Р., Демидов В.В. и др. Моделирование эрозионных процессов на территории малого водосборного бассейна. М.: Наука, 2006. 224 с.
Кинг Л. Морфология Земли. М.: Прогресс, 1967. 560 с.
Лупаков С.Ю., Бугаец А.Н. Использование концептуальной модели речного стока HBV для анализа паводков на малых водосборах // Метеорология и гидрология. 2022. № 1. С. 84–94.
Лупаков С.Ю., Бугаец А.Н., Шамов В.В. Применение различных структур модели HBV для исследования процессов формирования стока на примере экспериментальных водосборов // Вод. ресурсы. 2021. Т.48. № 4. С. 417–426. https://doi.org/10.31857/S032105962104012X
Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 346 с.
Малые реки России / Под ред. Н.И. Коронкевича, Г.М. Черногаевой. М.: ИГРАН СССР, МЦГО РФ, 1994. 250 с.
Мизеров А.В. Эрозия почв юга Дальнего Востока и острова Сахалин и меры борьбы с нею. М.: Наука, 1966. 152 с.
Мировая реферативная база почвенных ресурсов 2014. Международная система почвенной классификации для диагностики почв и создания легенд почвенных карт. Исправленная и дополненная версия 2015 / Под ред. М.И. Герасимовой, П.В. Красильникова. М: ФАО, МГУ, 2017. 216 с.
Мотовилов Ю.Г., Гельфан А.Н. Модели формирования стока в задачах гидрологии речных бассейнов. М.: РАН, 2018. 300 с.
Назаркина А.В., Нестерова О.В., Дербенцева А.М. и др. Гранулометрический состав твердого стока нерусловых и русловых водных потоков водосборного бассейна Японского моря. Владивосток: Изд-во Дальневосточ. ун-та, 2011. 172 с.
Национальный атлас почв Российской Федерации / Под ред. С.А. Шобы. М.: Астрель, 2011. 632 с.
Нестерова Н.В., Макарьева О.М., Виноградова Т.А., Лебедева Л.С. Моделирование процессов формирования стока зоны Байкало-Амурской магистрали на основе данных полигона “Могот” // Вод. хоз-во России. 2018. № 1. С. 18–36. https://doi.org/10.35567/1999-4508-2018-1-2
Никонов А.А. Определение скорости врезания рек // Геоморфология. 1976. № 1. С. 24–36.
Процессы формирования рельефа Сибири / Под. ред. Н.А. Флоренсова, Г.С. Ананьева, Г.Ф. Уфимцева и др. Новосибирск: Наука, 1987. 185 с.
Степанова А.И. Сток наносов рек Приморского края // Режим, теория, методы расчета и измерения наносов и сточных вод. Тр. ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. Вып. 156. С. 96–104.
Терешкина А.А., Бугаец А.Н., Пшеничникова Н.Ф., Голодная О.М., Ознобихин В.И. Опыт создания базы данных гидрофизических характеристик почвенного покрова и моделирования гидрологического цикла малого речного бассейна на примере реки Комаровка // Роль почв в биосфере и жизни человека. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2015. С. 117–119.
Шамов В.В. Признаки и последствия усиления динамики крупномасштабных гидрологических процессов в связи с изменением климата // Изв. ИГУ. 2010. Т. 3. № 1. С. 183–193.
Эрозионно-русловые системы / Под ред. Р.С. Чалова, В.Н. Голосова, А.Ю. Сидорчука. М.: ИНФРА, 2017. 792 с.
Arnold J.G., Allen P.M., Bernhardt G. A comprehensive surface – groundwater flow model // J. Hydrol. 1993. V. 142. P. 47–69. https://doi.org/10.1016/0022-1694(93)90004-S
Beven K. Rainfall-runoff modeling. The primer. Second Edition. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2012. 457 p. https://doi.org/10.1002/9781119951001
Bezak N., Matjaz M., Borrelli P., Alewell C., Alvarez P., Anache J.A.A., Baartman J., Ballabio C., Biddoccu M., Cerda A., Chalise D., Chen S., Chen W., De Girolamo A.M., Gessesse G.D., Deumlich D., Diodato N., Efthimiou N., Erpul G., Fiener P., Freppaz M., Gentile F., Gericke A., Haregeweyn N., Hu B., Jeanneau A., Kaffas K., Kiani-Harchegani M., Villuendas I.L., Li C., Lombardo L., Lopez-Vicente M., Lucas-Borja M.E., Maerker M., Miao C., Modugno S., Moller M., Naipal V., Nearing M., Owusu S., Panday D., Patault E., Patriche C.V., Poggio L., Portes R., Quijano L., Rahdari M.R., Renima M., Ricci G.F., Rodrigo-Comino J., Saia S., Samani A.N., Schillaci C., Syrris V., Kim H.S., Spinola D.N., Oliveira P.T., Teng H., Thapa R., Vantas K., Vieira D., Yang J.E., Yin S., Zema D.A., Zhao G., Panagos P. Soil erosion modelling: A bibliometric analysis // Environ. Res. 2021. V. 197. 111087. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111087
Bobrovitskaya N.N. Long-term variations in mean erosion and sediment yield from the rivers of the former Soviet Union // IAHS Publ. 1996. V. 236. P. 407–413.
Borrelli P., Alewell C., Alvarez P., Anache J.A.A., Baartman J., Ballabio C., Bezak N., Biddoccu M., Cerda A., Chalise D., Chen S., Chen W., De Girolamo A.M., Gessesse G.D., Deumlich D., Diodato N., Efthimiou N., Erpul G., Fiener P., Freppaz M., Gentile F., Gericke A., Haregeweyn N., Hu B., Jeanneau A., Kaffas K., Kiani-Harchegani M., Villuendas I.L., Li C., Lombardo L., Lopez-Vicente M., Lucas-Borja M.E., Marker M., Matthews. F, Miao C., Mikos M., Modugno S., Moller M., Naipal V., Nearing M., Owusu S., Panday D., Patault E., Patriche C.V., Poggio L., Portes R., Quijano L., Rahdari M.R., Renima M., Ricci G.F., Rodrigo-Comino J., Saia S., Samani A.N., Schillaci C., Syrris V., Kim H.S., Spinola D.N., Oliveira P.T., Teng H., Thapa R., Vantas K., Vieira D., Yang J.E., Yin S., Zema D.A., Zhao G., Panagos P. Soil erosion modelling: A global review and statistical analysis // Sci. Tot. Environ. 2021. V. 780. P. 1–18. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146494
Einstein H.A. Spawning grounds. Berkeley: Univ. California, 1965. 16 p.
Foster G.R., Lane L.J., Nowlin J.D., Laflen J.M., Young R.A. Estimating erosion and sediment yield on field-sized areas // Transactions of the ASAE. 1981. V. 24 (5). P. 1253–1262. https://doi.org/10.13031/2013.34429
Gartsman B.I., Tegai N.D., Bloschl G., Parajka J. Comparative testing of rainfall-runoff models in different climate and landscape conditions of Austria and Russia // Geophysical Res. Abstracts. 2008. V. 10. P. 1–2.
Grayson R.B., Bloschl G. Spatial patterns in catchment hydrology: Observations and modelling. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2000. 423 p.
Moriasi D.N., Arnold J.G., Van Liew M.W., Bingner R.L., Harmel R.D., Veith T.L. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations // Trans. ASABE. 2007. V. 50. № 3. P. 885–900. https://doi.org/10.13031/2013.23153
Nash J.E., Sutcliffe J.V. River flow forecasting through conceptual models: Part I. A discussion of principles // J. Hydrol. 1970. V. 10 (3). P. 282—290.
Neitsch S.L., Arnold J.G., Kiniry J.R. Soil and Water Assessment Tool Theoretical Documentation. Version 2009. Temple: A&M Univ., 2011. 647 p.
Pandey A., Himanshu S.K., Mishra S.K., Singh V.P. Physically based soil erosion and sediment yield models revisited // Catena. 2016. V. 147. P. 595–620. https://doi.org/10.1016/j.catena.2016.08.002
Pemberton E.L., Lara J.M. A procedure to determine sediment deposition in a settling basin. Denver: U.S. Bureau of reclamation sedimentation investigations technical guide series, 1971. 5 p.
Rodriguez-Iturbe I., Rinaldo A. Fractal River Basins: Chance and Self-Organization. Cambridge: Univ. Press, 1997. 547 p.
Soil Taxonomy: A Basic System of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Surveys (Agriculture Handbook, Number 436). Washington D.C.: Natural Resour. Conservation Service, USDA, 1999. 869 p.
Williams J. Sediment routing for agricultural watersheds // Water Res. Bull. 1975. V. 11 (5). P. 965–974. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.1975.tb01817.x
Yang C.T. Sediment Transport. Theory and Practice. N.Y.: The McGraw-Hill Companies, 1996. 396 p.