ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Гидрологическое моделирование в условиях неизученных водосборов аридных и полуаридных регионов

  • Гебрехивот Ангхесом Aлемнгус - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Козлов Дмитрий Вячеславович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.8.1023-1036
Страницы: 1023-1036
Введение: гидрологическое моделирование является мощным инструментом для организации планирования, эксплуатации и управления водными ресурсами в речном бассейне. Это особенно важно для неизученных или малоизученных с гидрологической точки зрения водосборов. Существующие подходы включают метод гидрологической аналогии и географической интерполяции, гидрологические модели с распределенными параметрами, построенные на основе комплексного использования данных дистанционного зондирования и наземных наблюдений, и с сосредоточенными параметрами, а также комбинированные метеорологические и гидрологические модели. Многочисленные литературные источники указывают на то, что эти подходы имеют ряд ограничений для их использования в условиях неизученных или малоизученных водосборов. Материалы и методы: применены следующие методы: подробный обзор релевантных материалов по историческому развитию, значению, классификации, выбору и последним разработкам в области гидрологического моделирования в неизмеряемых бассейнах с приданием особого значения засушливым и полупустынным районам. Результаты: выявлено, что комплексные и эффективные подходы, которые бы исследовали уникальные характеристики засушливых и полупустынных районов вообще и подобных районов в развивающихся странах, в частности, еще только предстоит разработать. Выводы: в отсутствие надежных гидрометеорологических данных наилучшим подходом к прогнозированию стоков из неизмеряемых бассейнов с учетом водосбора было бы взаимное сравнение двух или более гидрологических моделей. Эти модели включают глобальные, региональные и локальные данные (при наличии таковых).
  • система;
  • модель;
  • гидрологическое моделирование;
  • прогнозы в условиях неизученных водосборов;
  • аридные и полуаридные регионы;
  • Панта Рей;
  • речной сток ;
Литература
  1. Singh V.P. Hydrologic systems: Rainfall–Runoff modeling. New Jersey, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, 1982; 1.
  2. Beven K.J. Rainfall-Runoff modelling: The primer. John Wiley and Sons Ltd. Chichester, UK, 2012; 472.
  3. Wheater H., Sorooshian S., Sharma K.D. Hydrological modelling in Arid and Semi-Arid Areas. Cambridge University Press, New York, 2007; 223.
  4. Sivapalan M., Takeuchi S., Franks S.W., Gupta V.K., Karambiri H., Lakshmi V. et al. IAHS decade on predictions in ungauged basins (PUB), 2003–2012: shaping an exciting future for the hydrological sciences. Hydrological Sciences Journal. 2003; 48(6):857-880. DOI: 10.1623/hysj.48.6.857.51421
  5. Vinogradov Yu.B., Vinogradov A.T. Mathematical modeling in hydrology. Tutorial. Moscow, Academy Publ., 2010; 297. (rus.).
  6. Hughes D.A. Three decades of hydrological modelling research in South Africa. South African Journal of Science. 2004; 100(11-12):638-642. URL: https://hdl.handle.net/10520/EJC96172
  7. Singh V.P., Woolhiser D.A. Mathematical modeling of watershed hydrology. Journal of Hydrologic Engineering. 2002; 7(4):270-292. DOI: 10.1061/(asce)1084-0699(2002)7:4(270)
  8. Refsgaard J.C., Abbott M.B. The role of distributed hydrological modelling in water resources management. Distributed Hydrological Modelling. 1990; 1-16. DOI: 10.1007/978-94-009-0257-2_1
  9. Mokoena M.P., Kapangaziwiri E., Kahinda J.M., Hughes D.A. ECOMAG Model: an evaluation for use in South Africa. South Africa, WRC Report No. TT 555/13, 2013.
  10. Kapangaziwiri E., Hughes D.A., Wagener T. Incorporating uncertainty in hydrological predictions for gauged and ungauged basins in southern Africa. Hydrological Sciences Journal. 2012; 57(5):1000-1019. DOI: 10.1080/02626667.2012.690881
  11. Tegegne G., Park D.K., Kim Y. Comparison of hydrological models for the assessment of water resources in a data-scarce region, the Upper Blue Nile River Basin. Journal of Hydrology: Regional Studies. 2017; 14:49-66. DOI: 10.1016/j.ejrh.2017.10.002
  12. Sivapalan M., Zhang L., Vertessy R., Blöschl G. Downward approach to hydrological prediction. Hydrological Processes. 2003; 17(11):2099. DOI: 10.1002/hyp.1426
  13. Hrachowitz M., Savenije H.H.G., Blöschl G., McDonnell J.J., Sivapalan M., Pomeroy J.W. et al. A decade of predictions in ungauged basins (PUB) — a review. Hydrological Sciences Journal. 2013; 58(6):1198-1255. DOI: 10.1080/02626667.2013.803183
  14. Blöschl G., Sivapalan M., Wagener T., Viglione A., Savenije H. Runoff prediction in ungauged basins. Synthesis Across Processes, Places and Scales, 2013; 465. DOI: 10.1017/CBO9781139235761
  15. Montanari A., Young G., Savenije H.H.G., Hughes D., Wagener T., Ren L.L. et al. “Panta Rhei — Everything Flows”: Change in hydrology and society — The IAHS Scientific Decade 2013–2022. Hydrological Sciences Journal. 2013; 58(6):1256-1275. DOI: 10.1080/02626667.2013.809088
  16. Sherman L.K. Stream flow from Rainfall by unit-graph method. Engineering News-Record. 1932; 108(4):501-505.
  17. Nash J.E. The form of the instantaneous unit hydrograph. International Association of Scientific Hydrology Publication.1957; 45(3):114-121.
  18. Dooge J.C. A general theory of the unit hydrograph. Journal of Geophysical Research. 1959; 64(2):241-256. DOI: 10.1029/jz064i002p00241
  19. Horton R.E. The role of infiltration in the hydrologic cycle. Transactions, American Geophysical Union. 1933; 14(1):446. DOI: 10.1029/TR014i001p00446
  20. Crawford N.H., Linsley R.K. The synthesis of continuous streamflow hydrographs on a digital computer. California, USA, Technical Report, 1962; 12.
  21. Crawford N.H., Linsley R.K. Digital simulation in hydrology: Stanford watershed model IV. California, USA, Technical Report, 1966; 39.
  22. Abbott M.B., Bathurst J.C., Cunge J.A., O’Connell P.E., Rasmussen J. An introduction to the European Hydrological System — Systeme Hydrologique Europeen, “SHE”, 1: History and philosophy of a physically-based, distributed modelling system. Journal of Hydrology. 1986; 87(1-2):45-59. DOI: 10.1016/0022-1694(86)90114-9
  23. Beven K.J., Kirkby M.J. A physically based, variable contributing area model of basin hydrology. Hydrological Sciences Bulletin. 1979; 24(1):43-69. DOI: 10.1080/02626667909491834
  24. Dawdy D.R., O’Donnell T. Mathematical models of catchment behaviour. Journal of the Hydraulics Division. 1965; 91(4):123-137.
  25. Sugawara M. The flood forecasting by a series storage type model. International Symposium Floods and their Computation. 1967; 1-6.
  26. Kuchment L.S. Mathematical modeling of river flow. Leningrad, Hydrometeoizdat Publ., 1972; 191. (rus.).
  27. Vinogradov Yu.B. Issues of hydrology of rain floods in small catchments of Central Asia and Southern Kazakhstan. Leningrad, Hydrometeoizdat Publ., 1967; 262. (rus.).
  28. Leavesley G.H., Lichty R.W., Troutman B.M., Saindon L.G. Precipitation-runoff modeling system: User’s manual. 1983. DOI: 10.3133/wri834238
  29. Arnold J.G., Srinivasan R., Muttiah R.S., Williams J.R. Large area hydrologic modeling and assessment. Part I: Model development. Journal of the American Water Resources Association. 1998; 34(1):73-89. DOI: 10.1111/j.1752-1688.1998.tb05961.x
  30. Motovilov Y.G., Gottschalk L., Engeland K., Belokurov A. ECOMAG — regional model of hydrological cycle. Application to the NOPEX region. Report, Norway: Department of Geophysics, University of Oslo P.O. Box 1022 Blindern 0315, 1999; 88.
  31. Beven K.J. Distributed models. Hydrological forecasting, ed. T.P. Anderson, M.G. Burt. Chichester, UK, John Wiley and Sons, 1985; 405-435.
  32. Refsgaard J.C. Terminology, modelling protocol and classification of hydrological model codes. Distributed hydrological modelling. 1990; 17-39. DOI: 10.1007/978-94-009-0257-2_2
  33. Singh V.P., Frevert D.K. Watershed models. Boca Raton, FL, USA, CRC press, 2006; 653.
  34. Refsgaard J.C., Storm B., Clausen T. Système Hydrologique Europeén (SHE): review and perspectives after 30 years development in distributed physically-based hydrological modelling. Hydrology Research. 2010; 41(5):355-377. DOI: 10.2166/nh.2010.009
  35. Ewen J., Parkin G., O’Connell P.E. SHETRAN: distributed river basin flow and transport modeling system. Journal of Hydrologic Engineering. 2000; 5(3):250-258. DOI: 10.1061/(asce)1084-0699(2000)5:3(250)
  36. Beven K.J., Binley A.M. The future of distributed models: Model calibration and uncertainty prediction. Hydrological Processes. 1992; 6(3):279-298. DOI: 10.1002/hyp.3360060305
  37. Vinogradov Yu.B., Vinogradova T.A. Modern problems of hydrology. Moscow, Academy, 2008; 318. (rus.).
  38. Wagener T., Wheater H.S., Gupta H.V. Rainfall-Runoff modelling in gauged and ungauged catchments. Imperial College Press, London, UK, 2004; 332. DOI: 10.1142/p335
  39. Spade P.V. Ockhams’ nominalist metaphysics. UK, Cambridge University Press, 1999; 100-117. DOI: 10.1017/CCOL052158244X.006
  40. Mount N.J., Maier H.R., Toth E., Elshorbagy A., Solomatine D. et al. Data-driven modelling approaches for socio-hydrology: Opportunities and challenges within the Panta Rhei Science Plan. Hydrological Sciences Journal. 2016; 61(7):1192-1208. DOI: 10.1080/02626667.2016.1159683
  41. McMillan H., Montanari A., Cudennec C., Savenije H., Kreibich H., Krueger T. et al. Panta Rhei 2013–2015: global perspectives on hydrology, society and change. Hydrological Sciences Journal. 2016; 61(7):1174-1191. DOI: 10.1080/02626667. 2016.1159308
  42. Alemngus A., Mathur B.S. Geomorphologic Instantaneous Unit Hydrographs for Rivers in Eritrea (East Africa). Journal of Indian Water Resources Society. 2014; 34(1):1-14.
  43. Alemngus A., Amlesom S., Bovas L.J.J. An overview of Eritrea’s water resources. International Journal of Engineering Research and Development. 2017; 13(3):74-84.
  44. Gehbrehiwot A., Kozlov D. GIUH-Nash based runoff prediction for Debarwa catchment in Eritrea. E3S Web of Conferences. 2019; 97:05001. DOI: 10.1051/e3sconf/20199705001
  45. Parajka J., Viglione A., Rogger M., Salinas J.L., Sivapalan M., Blöschl G. Comparative assessment of predictions in ungauged basins — Part 1: Runoff-hydrograph studies. Hydrology and Earth System Sciences. 2013; 17(5):1783-1795. DOI: 10.5194/hess-17-1783-2013
  46. Salinas J.L., Laaha G., Rogger M., Parajka J., Viglione A., Sivapalan M. et al. Comparative assessment of predictions in ungauged basins — Part 2: Flood and low flow studies. Hydrology and Earth System Sciences. 2013; 17(7):2637-2652. DOI: 10.5194/hess-17-2637-2013
СКАЧАТЬ (ENG)