Гидрологические прогнозы. Учебник

В учебнике изложены методы анализа и прогноза основных характеристик гидрологического режима водных объектов суши. Рассматриваются вопросы теории формирования речного стока, ледового режима рек и водохранилищ, методы генетического и статистического анализа данных гидрометеорологических наблюдений. Представлены методы прогноза, основанные на математических моделях.

Учебник предназначен для студентов-гидрологов, аспирантов и специалистов, работающих в области гидрологических прогнозов.

The textbook deals with methods of analysis and forecasting of the major characteristics of hydrological regime of the water objects located on land. The problems in the theory of river-runoff formation, ice regime of rivers and water reservoirs, methods of genetic and statistic analysis of hydrometeorological observational data are considered. Forecasting methods based on mathematical models are presented.

The textbook is designed for undergraduate and PhD students of hydrology and for experts specializing in the sphere of hydrological forecasts.

Содержание

Введение
Предмет и задачи курса, связь с другими дисциплинами
Краткая историческая справка развития гидрологических прогнозов в России
Значение гидрологических прогнозов для различных отраслей экономики
Организация службы гидрологических прогнозов и информации

Глава 1. Виды и методы гидрологических прогнозов
1.1. Классификация гидрологических прогнозов
1.2. Виды гидрологических прогнозов
1.3. Закономерности гидрологических процессов и методы прогнозирования
1.4. Принципы статистической оценки эффективности методики и оправдываемое™ гидрологических прогнозов
1.5. Формы выпуска прогнозов

Глава 2. Гидрологическая информация
2.1. Назначение и содержание гидрологической информации
2.2. Информационная сеть станций и постов, состав наблюдений, передача информации
2.3. Основные направления перестройки информационного обеспечения гидрологическими данными. Автоматизация обработки, создание банков данных, перспективы развития

Глава 3. Краткосрочные прогнозы расходов и уровней воды, основанные на закономерностях движения воды в русле
3.1. Теоретические основы движения попусков, паводков и половодий
3.2. Метод соответственных уровней (расходов) воды
3.3. Способы прогноза на бесприточных и слабоприточных участках рек
3.4. Способы прогноза на приточных участках рек
3.5. Прогнозы уровней и расходов воды, основанные на приближенных уравнениях трансформации волн паводка
3.6. Расчет (прогноз) расходов и уровней воды на зарегулированных участках рек

Глава 4. Прогнозы стока по данным о запасе(объеме) воды в русловой сети бассейна и притоке воды в речную сеть
4.1. Общие положения. Теоретические предпосылки метода
4.2. Определение запасов воды в русловой сети
4.3. Прогнозы стока по данным о русловых запасах и притоке воды в речную сеть
4.4. Прогнозы уровней и расходов воды способом тенденции и по кривым спада
Глава 5. Математические модели формирования стока и их использование в гидрологических прогнозах

Глава 6. Краткосрочные прогнозы расходов и уровней дождевых паводков
6.1. Закономерности формирования дождевого стока
6.1.1. Генезис дождевых паводков
6.1.2. Генетическая формула стока
6.1.3. Потери дождевых вод на поверхностное впитывание
6.1.4. Потери дождевых вод на поверхностное задержание
6.1.5. Потери стока на почвенное задержание
6.1.6. Характеристики увлажнения бассейна
6.2. Графоаналитические способы прогноза стока дождевых паводков
6.3. Прогнозы дождевого стока по суммарному притоку в речную сеть и по осадкам
6.4. Математические модели формирования дождевых паводков

Глава 7. Прогнозы элементов весеннего половодья равнинных рек
7.1. Общие закономерности и факторы формирования весеннего стока
7.1.1. Запасы воды в снежном покрове и ледяной корке
7.1.2. Осадки за период половодья
7.1.3. Потери весеннего стока
7.2. Общая характеристика методов прогнозирования весеннего стока равнинных рек
7.2.1. Расчет по уравнению водного баланса
7.2.2. Физико-статистический водно-балансовый метод
7.2.3. Статистические методы
7.2.4. Методика прогнозирования весеннего стока для крупных речных бассейнов
7.2.5. Территориально общие зависимости для прогноза весеннего стока и его потерь
7.3. Краткий обзор методов прогнозирования весеннего стока в различных географических зонах
7.3.1. Реки лесной зоны ЕТР
7.3.2. Реки лесостепной и степной зон ЕТР
7.3.3. Реки Западно-Сибирской зоны избыточного увлажнения
7.4. Автоматизация разработки и выпуска территориального долгосрочного прогноза слоя весеннего стока
7.5. Долгосрочный прогноз максимальных расходов (уровней) весеннего половодья
7.5.1. Долгосрочный прогноз притока воды в водохранилища
7.6. Математические модели половодья и их использование при прогнозах расходов воды
7.6.1. Модель формирования гидрографа половодья на равнинных реках
7.6.2. Параметризация модели
7.6.3. Математическая модель формирования талого и дождевого стока
7.7. Краткосрочный прогноз незарегулированного бокового притока в водохранилище с использованием модели формирования стока
7.8. Долгосрочные прогнозы гидрографов половодья с учетом пространственно-временной неравномерности стока

Глава 8. Прогнозы стока горных рек
8.1. Краткая характеристика водного режима горных рек
8.2. Особенности формирования стока горных рек
8.3. Основные физико-географические характеристики, используемые при разработке методики прогнозов стока горных рек
8.4. Методические основы прогноза стока горных рек
8.5. Использование множественной корреляции в прогнозах весенне-летнего стока
8.6. Восстановление пропусков, удлинение рядов наблюдений
8.7. Методика краткосрочного прогноза расходов воды горных рек на основе математической модели формирования стока
8.7.1. Применение математической модели формирования стока талых вод горных рек в долгосрочных прогнозах
8.7.2. Использование спутниковой информации в прогнозах стока горных рек
8.8. Примеры долгосрочных прогнозов стока горных рек
8.8.1. Прогнозы стока за вегетационный период
8.8.2. Прогнозы квартального стока
8.8.3. Прогнозы месячного стока

Глава 9. Долгосрочный прогноз стока рек и притока воды в водохранилища в период межени
9.1. Источники питания и режим стока рек в меженный период
9.2. Основные составляющие меженного стока равнинных и горных рек
9.3. Прогноз меженного стока на основе учета закономерностей истощения запасов воды в речных бассейнах

Глава 10. Краткосрочные прогнозы ледовых явлений на реках, озерах и водохранилищах
10.1. Прогноз сроков появления плавучего льда
10.2. Прогноз густоты шугохода, ледохода
10.3. Прогноз начала ледостава на реках
10.4. Прогноз времени установления ледостава на участке перемещения кромки льда; прогноз максимальных зажорных уровней воды
10.5. Расчет и прогноз толщины ледяного покрова
10.6. Прогноз уменьшения толщины и прочности ледяного покрова
10.7. Прогноз вскрытия рек, озер и водохранилищ
10.8. Условия образования заторов льда. Прогноз максимальных заторных уровней
10.9. Условия формирования зажоров и заторов льда в нижних бьефах
ГЭС и в зоне выклинивания подпора уровня воды водохранилища

Глава 11. Долгосрочные прогнозы ледовых явлений, основанные на учете характеристик атмосферных процессов
11.1. Физические предпосылки долгосрочных прогнозов ледовых явлений
11.2. Методы, основанные на учете закономерностей атмосферных процессов
11.2.1. Прогнозы появления льда на реках
11.2.2. Прогнозы вскрытия рек
11.3. Синоптико-статистические методы прогноза
11.3.1. Численные характеристики метеорологических полей
11.3.2. Прогнозы появления льда на реках
11.3.3. Прогнозы вскрытия рек
11.4. Долгосрочные прогнозы элементов ледового режима водохранилищ
11.4.1. Прогнозы замерзания водохранилищ
11.4.2. Прогнозы разрушения льда и очищения от него водохранилищ

Глава 12. Прогнозы опасных явлений
12.1. Сели. Общие сведения
12.2. Прогноз селей
12.3. Лавины. Общие сведения
12.4. Прогноз лавин
Литература

CONTENTS
Introduction
The subject matter and objectives of the course, relations with other disciplines
The brief historical background of development of hydrological forecasting in this country
Importance of hydrological forecasting for various branches of the national economy
Organization of the service of hydrological forecasts and information

Chapter 1. Types and methods of hydrological forecasts
1.1. Classification of hydrological forecasts
1.2. Types and methods of hydrological forecasts
1.3. Regularities in hydrological processes and forecasting methods
1.4. Principles of statistical estimation of efficiency of methods and hydrological forecasts store
1.5. Forms of issue of forecasts

Chapter 2. Hydrological information
2.1. Objection and content of hydrological information
2.2. Information network of stations and posts, structure of observations, transfer of the information
2.3. The main directions of restructuring of informational hydrological data support. Automation of processing, creation of databanks, prospects of development

Chapter 3. Short-term forecasts of water discharge and levels based on regularities in water movement in channels
3.1. Theoretical basis of water releases, high waters and floods
3.2. The method of corresponding levels (discharges) of water
3.3. Forecasting methods for no-flow and low-flow parts of rivers
3.4. Forecasting methods for inflow parts of rivers
3.5. Forecasts of water levels and discharges based on approximate equations of transformations of flood waves
3.6. Calculation (forecast) of water discharge and levels for regulated parts of rivers

Chapter 4. Flow forecasts based on the data on water storage in the channel network of a basin and water inflow into a river system
4.1. General information. Theoretical basis of the method
4.2. Definition of water storage in a channel network
4.3. Flow forecasts based on the data about channel storage and inflow of water into a river network1
4.4. Forecasts of levels and discharge of water based on trends and recession curves

Chapter 5. Mathematical models of runoff formation and their application in hydrological forecasting

Chapter 6. Short-term forecasts of discharge and levels of rain floods
6.1. Regularities of formation of rainfall runoff
6.1.1. Formation of rainfall floods
6.1.2. The genetic formula of runoff
6.1.3. Losses of rain waters due to surface absorption
6.1.4. Losses of rain waters due to surface retention
6.1.5. Losses of runoff due to soil retention
6.1.6. Characteristics of wetting a basin
6.2. Graphic analytical methods of rain flood flow forecast
6.3. Forecasts of rainfall runoff based on the total inflow into a river network and precipitation
6.4. Mathematical models of formation of rain flood

Chapter 7. Forecasts of spring flood elements for plain rivers
7.1. General regularities and factors of formation of spring runoff
7.1.1. Water storage in the snow cover and ice crust
7.1.2. Precipitation over the flood period
7.1.3. Losses of spring runoff
7.2. General characteristic of forecasting methods for spring runoff of plain rivers
7.2.1. Calculation of water balance equation
7.2.2. Physico-statistical water-balance method
7.2.3. Statistical methods
7.2.4. Forecasting techniques for spring runoff for large river basins
7.2.5. General relationships common for territories when making forecasts of spring runoff and its losses
7.3. A brief review of forecasting methods for spring runoff in various geographical zones
7.3.1. The rivers of the wood zone in the European part of Russia
7.3.2. The rivers of the forest-steppe and steppe zone in the European part of Russia
7.3.3. The rivers of the Western Siberian zone with overmoistening
7.4. Automation of development and release of a territorial long-term layer forecast of spring runoff
7.5. A long-term forecast of maximum stream flows (levels) of spring flood
7.5.1. A long-term forecast of inflow into water reservoirs
7.6. Mathematical models of floods and their applications for forecasts of water discharge
7.6.1. A model of formation of a flood hydrograph for plain rivers
7.6.2. Parameterization of the model
7.6.3. A mathematical model of formation of melt-water and rainfall runoff
7.7. A short-term forecast of non-regulated lateral inflow in a water reservoir using a model of runoff formation
7.8. Long-term forecasts of flood hydrographs with an account of space-time irregularity in runoff

Chapter 8. Flow forecasts of mountain rivers
8.1. A brief characteristic of water regime of mountain rivers
8.2. Features of runoff of mountain rivers
8.3. The basic physiographic characteristics used for development of forecasting techniques of mountain rivers flow
8.4. The methodical basis of flow forecast of mountain rivers
8.5. Application of multiple correlations in forecasts of spring-and-summer runoff
8.6. Restoration of dropouts, extrapolation of observational series
8.7. A technique of short-term forecasts of water discharge in mountain rivers based on the mathematical model of runoff formation
8.7.1. Application of the mathematical model of formation of melt-water runoff in mountain rivers in long-term forecasts
8.7.2. Application of satellite information to forecasts of runoff forecasts for mountain rivers
8.8. Examples of long-term forecasts of mountain rivers runoff
8.8.1. Flow forecasts for a vegetative period
8.8.2. Forecasts of quarter runoff
8.8.3. Forecasts of monthly runoff

Chapter 9. Long-term forecast of river runoff and inflow into water reservoirs during a low-water period
9.1. Water supplies and river regime runoff in the low-water period
9.2. The basic components of low-water runoff in plain and mountain rivers
9.3. Forecast of low-water runoff based on the account of regularities of water
depletion in river basins

Chapter 10. Short-term forecasts of ice phenomena on rivers, lakes and water reservoirs
10.1. The forecast of times of occurrence of floe ice
10.2. The forecast of density of slush ice run
10.3. The forecast of the beginning of freeze-up on rivers
10.4. The forecast of establishing the time of freeze-up along the place of ice edge moving; forecast of maximal water levels in hanging ice dams
10.5. Calculation and forecast of ice cover thickness
10.6. The forecast of reduction of ice thickness and durability of ice cover
10.7. The forecast of break-up on rivers, lakes and water reservoirs
10.8. Conditions of formation of ice blocks. The forecast of maximal ice jam levels
10.9. Conditions of formation of hanging ice dams and ice jams in downstream pools of power plants and in the tapering zone of backwater water level of a water reservoir

Chapter 11. Long-term forecasts of ice phenomena based on the account of characteristics of atmospheric processes
11.1. Physical preconditions of long-term ice phenomena
11.2. The methods based on the account of characteristics of atmospheric processes
11.2.1. Forecasts for ice appearance on the rivers
11.2.2. Forecasts of break-up on rivers
11.3. Synoptical and statistical methods of forecast
11.3.1. Numerical characteristics of meteorological fields
11.3.2. Forecasts of ice appearance on the rivers
11.3.3. Forecasts of break-up on rivers
11.4. Long-term forecasts of elements of ice regime of water reservoirs
11.4.1. Forecasts of freezing of water reservoirs
11.4.2. Forecasts of ice destruction and of the time of ice leaving water reservoirs

Chapter 12. Forecasting dangerous phenomena
12.1. Mudflows. General information
12.2. Mudflow forecasts
12.3. Avalanches. General information
12.4. Avalanche forecasts
References