«

»

ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ УСТАНОВЛЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДНИХ РЕСУРСІВ ПРИ ВІДСУТНОСТІ ДАНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ В УМОВАХ АНТРОПОГЕННОГО ВПЛИВУ, ВКЛЮЧАЮЧИ ЗМІНИ КЛІМАТУ, НА БАЗІ МОДЕЛІ «КЛІМАТ–СТІК»

Лобода Н.С. д.геогр.н., проф., Гопченко Є.Д., д.геогр.н.,проф., Отченаш Н.Д., к.геогр.н., Божок Ю.В., к.геогр.н., Пилип’юк В.В., к.геогр.н.


Водні ресурси України значно перетворені водогосподарською діяльністю, а її південна частина характеризується нестачею даних спостережень або повною їх відсутністю: на картах, наведених в СНіП 2.01.14–83  ізолінії норм стоку проведені пунктирною лінією через малу їх надійність та достовірність. З метою розроблення методів оцінки водних ресурсів України при недостатності або відсутності даних спостережень, а також в умовах значної їх трансформації водогосподарською діяльністю в Одеському державному екологічному університеті під керівництвом проф. Гопченка Є.Д. та проф. Лободи Н.С. з 80-х років минулого сторіччя розроблялася модель «клімат-стік», яка мала б забезпечити можливість оцінки водних ресурсів за метеорологічними даними, оскільки метеорологічна вивченість територій була значно вища за гідрологічну, особливо на півдні. Стік, визначений за метеорологічними даними, не включав до себе дію  водогосподарських перетворень, а отже дозволяв виконувати базисну оцінку природних (непорушених водогосподарською діяльністю) водних ресурсів.

Математична модель «клімат-стік» розглядає кліматичні чинники формування стоку та вплив підстильної поверхні, включаючи водогосподарську діяльність. Послідовність роботи моделі являє собою такий ланцюг: «клімат → кліматичний стік → підстильна поверхня → природний стік → водогосподарські перетворення → побутовий стік». Пізніше (90-ті роки та початок XXI сторіччя) така структура моделі дозволила ефективно використовувати її для визначення водних ресурсів за сценаріями змін клімату.

Модель «клімат-стік» складається з двох частин. Перша частина дозволяє виконувати оцінку природного річного стоку на основі метеорологічних даних, друга – оцінку побутового (перетвореного водогосподарською діяльністю) стоку. На вході у першу частину моделі використовуються метеорологічні дані. Норми річних опадів розглядаються як середні багаторічні характеристики ресурсів зволоження території; норми максимально можливого випаровування – як теплові ресурси території, що забезпечують процес випаровування з поверхні суші. Математичною основою є рівняння водно-теплового балансу водозбору. Стік, розрахований за метеорологічними даними, отримав назву кліматичного. Норми річного кліматичного стоку річок, визначені за побудованою картою ізоліній (для рівнинної території) або за регіональними залежностями від висоти (для гірської місцевості), ототожнюються з зональним.  Стік з малих та середніх водозборів із нестійким (за А.М. Бефані) підземним живленням може відрізнятися від зонального. Для врахування впливу чинників підстильної поверхні розроблені методики визначення перехідних коефіцієнтів від кліматичного (зонального) стоку, отриманого за картою ізоліній, до місцевого. Для різних зон і водозборів підстильна поверхня та її показники змінюються в залежності від ролі підземного живлення у формуванні стоку, співвідношення між поверхневою та підземною складовими, суттєвим може бути  внесок інтразональних та азональних чинників формування стоку (карст, лісистість, болота, безстічні поверхні та інше). Отже методики визначення перехідних коефіцієнтів мають регіональний характер. Вихідними даними першої частини моделі є характеристики природного (непорушеного водогосподарською діяльністю) стоку. Входом у другу частину моделі слугують статистичні параметри природного річного стоку та кількісні показники рівня водогосподарських перетворень на водозборах. Установлення закономірностей впливу водогосподарської діяльності на стік та побудова розрахункових методик для визначення характеристик побутового стоку відбувалися на базі імітаційного стохастичного та нейромережевого моделювання для різних водогосподарських ситуацій на водозборі: забір води з місцевого стоку на зрошування сільськогосподарських угідь;  наявність на водозборі штучних водойм та втрати на додаткове випаровування і заповнення цих водойм; наявність скидних вод з сільськогосподарських масивів, які зрошуються за рахунок річок-донорів; осушування боліт та заболочених земель; водоспоживання води населенням та інше. Результати імітаційного стохастичного або нейромережевого моделювання були узагальнені у вигляді «функцій відгуку» статистичних параметрів річного стоку на водогосподарські перетворення. Калібрування та валідація моделі «клімат-стік» виконувалась на базі багаторічних гідрометеорологічних даних водозборів різних розмірів (малі, середні, великі) та географічних зон України. Установлено, що точність визначення статистичних параметрів річного стоку за моделлю «клімат–стік» знаходиться у межах точності розрахунків цих параметрів за даними гідрометричних спостережень.

Розроблені методики розрахунків характеристик природного та порушеного водогосподарською діяльністю річного стоку при недостатності та відсутності даних спостережень увійшли до ДБН (Державних будівельних норм) республіки Молдова  та включені до нової редакції Державних будівельних норм України (2015). Модель успішно використовується для оцінки водних ресурсів України в умовах змін клімату та обґрунтування оптимального управління ними у майбутньому.