Как указывалось выше, в районах недостаточного увлажнения сток рек характеризуется большой изменчивостью в сезонном и многолетнем разрезах. Для полного использования рек (для целей водоснабжения, ирригации, гидроэнергетики и т. д.) требуется регулирование речного стока водохранилищами. Однако в этих районах регулирование речного стока имеет свою специфику. Она связана с тем, что водопотребление в таких районах существенно зависит от некоторых случайно изменяющихся геофизических факторов. Примером такого водопотребления является орошение земель, которое зависит от количества выпавших осадков, дефицитов влажности почв, температуры воздуха и т. п.
Иногда увеличение регулирующей емкости водохранилища ведет не только к повышению использования стока, но и к существенному увеличению испарения. Поэтому при некоторых значениях емкости водохранилищ полезного увеличения отдачи не происходит. В связи со сказанным при проектировании водохранилищ в указанных районах требуется учет как случайных изменений речного стока, так и водопотребления и испарения. Нередки случаи, когда расчеты регулирования стока осложняются тем фактом, что при большом испарении с поверхности водохранилищ оставшаяся в нем вода может существенно повысить свою минерализацию. В этом случае при оптимизации режимов работы водохранилищ требуется учитывать ограничения по минерализации. Это ограничение функционально связано с объемом испаряющейся воды.
При моделировании речного стока, случайно изменяющегося водопотребления и испарения в описываемом методе на основании данных наблюдений для каждого из рядов оцениваются средняя величина Q, стандарт σ и эмпирическая автокорреляционная функция ряда rτ. В качестве характеристики корреляционной связи между рядами используется квадратная корреляционная матрица связи {ρ}, полученная также на основании данных наблюдений.
На основе статистической обработки принимается и вид кривой распределения вероятности. В частном случае, как это имеет место в нижеприведенном примере, может быть принята кривая Пирсона III типа.
Моделируемый гидрологический ряд принимается опорным, и процесс стока представляется многозвенной цепью Маркова. Общий вид зависимости для моделирования гидрологического ряда следующий [Л. 21]:
(3-1)
Здесь Qi— искомое текущее значение моделируемого годового объема притока; Q— среднее арифметическое значение годовых объемов притока по исходному ряду; Qi-j — объем притока за предыдущий (i-j) год; D— определитель квадратной симметричной корреляционной матрицы, построенной по автокорреляционной функции исходного ряда
где все обозначения аналогичны обозначениям в выражении (3-4).
Определитель корреляционной матрицы равен:
(3-6)
Коэффициенты р показывают корреляционную связь между 1, 2 и 3-м рядами.
Таблица 3-4
Параметры исходных и искусственных рядов (для бассейна р. Эмбы)
Изменчивость годовых величин водопотребления невелика по сравнению с изменчивостью объемов притока. Корреляционная связь между двумя этими рядами, т. е. между водностью года и размером водопотребления, не обнаружена.
В табл. 3-1 параметры ряда объемов потерь на испарение приведены в виде годового слоя потерь, вычисленного в метрах. Изменчивость этих величин от года к году еще меньше, чем в предыдущем ряду. Прослеживается довольно тесная связь между объемами водопотребления и испарения р23=0,77. Связь между объемами притока и испарения отсутствует.
Насколько соответствуют параметры искусственных рядов параметрам наблюденных рядов, видно из табл. 3-1. Наилучшее совпадение параметров искусственных рядов с параметрами исходных рядов получается при длине искусственного ряда больше 700 лет.
