Методы обраб и анализа гидроинфо_Учебная программа

Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан географического факультета
________________ И.И. Пирожник
(подпись)
(И.О.Фамилия)
_24 ноября 2010 г._______________
(дата утверждения)
Регистрационный № УД-IV/10___/р.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ГИДРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
(название дисциплины)
Учебная программа для специальности:
1 – 31 02 01
География__________
(код специальности)
(наименование специальности)
1-31 02 01-01
Гидрометеорология__
(код специальности)
(наименование специальности)
2010 г.
2
СОСТАВИТЕЛИ:
И.С. Данилович, преподаватель кафедры общего
гидрометеорологии, кандидат географических наук
землеведения
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Г.С. Чекан – заместитель начальника Государственного
“Республиканский гидрометеорологический центр”
и
учреждения
А.И. Зарубов – доцент кафедры географической экологии Белорусского
государственного университета, кандидат географических наук, доцент
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Кафедрой_общего землеведения и гидрометеорологии_____________
(название кафедры)
(протокол № 2 от 1 октября 2010 г.);
Научно-методической комиссией географического факультета
(протокол № _3_ от 24 ноября 2010 г.);
Ответственный за редакцию – И.С. Данилович
Ответственный за выпуск – И.С. Данилович
3
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Информация о состоянии гидросферы и ее объектов широко используется
в сельском хозяйстве, транспорте, энергетике, строительстве, водоснабжении, в
предупреждении о стихийных бедствиях и опасной для человека, водных и
околоводных экосистем степени загрязнения объектов гидросферы.
Организация наблюдений, передачи, обработки, хранения и распространения
информации требует научного обоснования, а результаты наблюдений служат
основанием для глобальных и локальных обобщений по гидрологическому
состоянию водных объектов.
Наблюдения и анализ ежедневного состояния гидросферы применяются
для принятия экономических и социальных решений, предсказания стихийных
и экологических бедствий. Но для достижения лучшего понимания изменения
состояния окружающей среды и ресурсов пресной воды необходимы
дополнительные сведения о ее перемещении на поверхности, о запасах в
поверхностных водоемах.
Большие объемы собираемой информации и требования к сокращению
сроков ее предоставления потребителям обусловливают необходимость
использования для ее обработки и обобщения современной электронной
техники. Использование единых требований к форматам хранения данных и
создания программных средств облегчает управление базами данных,
обобщение и распространение информации среди многочисленных
потребителей. Для систематизации, анализа и выдачи по запросам
пользователей разнообразных данных перспективно использование единых
геоинформационных систем, реализуемых на персональных компьютерах.
Основная цель курса «Методы обработки и анализа гидрологической
информации» – изучение методов получения, хранения, обработки и анализа
материалов инструментальных измерений гидрологических постов в виде
камеральных работ и на ПЭВМ с помощью современных программных средств,
используемых в Департаменте по гидрометеорологии.
В задачи дисциплины входят:
- формирование у студентов необходимых знаний об организации
наблюдений на гидрологических постах, о Государственном водном кадастре,
ежегодных данных о ресурсах и режиме поверхностных вод;
- освоение методов вычисления стока, изучение многолетней связи между
расходом и уровнем воды, паводочных петель, вычисления стока при влиянии
дополнительных факторов;
- детальное рассмотрение обработки материалов наблюдений за твердым
стоком и вычисление стока наносов;
- формирование знаний об организации наблюдений на озерах и
водохранилищах, критический контроль и анализ материалов наблюдений,
составление таблиц, помещаемых гидрологический ежегодник;
- приобретение навыков обработки материалов наблюдений за
испарением с водной поверхности
4
- формирование умений коллективной работы при проведении расчетов и
обработке гидрологической информации, а также самостоятельной работы при
анализе результатов наблюдений;
- приобретение умений диалектически мыслить, анализировать факты и
аргументировать свою точку зрения при интерпретации количественных
показателей гидрологического режима рек.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
- основные понятия о Государственном водном кадастре и ежегодных
данных о ресурсах и режиме поверхностных вод;
- методы обработки гидрологической информации при естественных
условиях и при влиянии дополнительных факторов;
- основные программные средства, используемые для оперативной и
режимной обработки и анализа гидрологической информации;
уметь:
- проводить анализ исходной гидрологической информации, внесение,
обработку, архивацию и получение таблиц;
- выбирать оптимальные варианты подсчета стока в зависимости от
условий и режима рек;
- обрабатывать материалы наблюдений за твердым стоком;
- проводить обработку материалов наблюдений на озерах и
водохранилищах;
Общий объем аудиторных часов курса  40 , из них лекции составляют 12
часов; семинарские занятия – 20 часов и КСР – 8 часов.
5
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№ п/п
1
1.
1.1.
2.
2.1
2.2
2.3
3.
3.1
4.
4.1
Название разделов и тем
2
Уровни воды
Общие
сведения
об
организации
наблюдений на гидрологических постах.
Камеральная
обработка
результатов
наблюдений
Расходы воды
Государственный
водный
кадастр.
Ежегодные данные о ресурсах и режиме
поверхностных вод. Методы вычисления
стока
Особенности вычисления стока при влиянии
дополнительных факторов
Обработка материалов наблюдений за
твердым стоком и вычисление
стока
наносов
Испарение с водной поверхности
Обработка материалов наблюдений за
испарением с водной поверхности
Гидрологическая информация об озерах
и водохранилищах
Обработка материалов наблюдений на
озерах и водохранилищах
Итого
Всего
аудиторных
часов
3
12
12
в том числе
практич
лекций
еских
4
5
2
8
2
8
УСР
6
2
2
20
8
6
2
8
2
6
4
8
2
4
2
4
2
2
-
4
4
2
2
2
2
-
4
2
2
-
4
2
2
-
40
12
20
8
6
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
Введение. Цель и задачи курса, связь с другими дисциплинами.
1. Уровни воды
1.1 Общие сведения об организации наблюдений на гидрологических постах.
Камеральная обработка результатов наблюдений
Схема размещения и количество гидрологических постов, история
развития гидрологической сети, количество действующих постов на реках и
озерах. Программа и производство наблюдений на постах, сроки наблюдений,
перечень выполняемых измерений на реках в различные сезоны. Заполнение,
проверка и анализ записей наблюдений за уровнем воды в книжках КГ-1,
подсчет суточных, декадных и месячных значений, выборка экстремальных.
Заполнение, проверка и анализ записей измерений расходов воды в книжках
КГ-3. Скорость потока, площадь водного сечения, расход воды. Оперативная
обработка материалов наблюдений, информационные посты, состав
оперативной
гидрологической
информации,
обработка
оперативной
информации.
2. Расходы воды
2.1 Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о ресурсах и
режиме поверхностных вод. Методы вычисления стока
Содержание гидрологического ежегодника, перечень таблиц, входящих в
состав ежегодника, особенности подготовки справочных материалов. Сведения
об уровнях, расходах, температуре воды, твердом стоке, ледовых явлениях,
зажорах и заторах в составе гидрологического ежегодника. Выбор метода
вычисления стока, особенности подсчета стока при разных морфометрических
характеристиках реки, составление схемы подсчета стока, выделение фаз
гидрологического цикла, понятие о гидрологическом сезоне и особенностях
формирования режима реки в разные сезоны. Многолетняя связь между
расходом и уровнем воды, паводочные петли.
2.2 Особенности вычисления стока при влиянии дополнительных факторов
Основные влияющие факторы формирования водного режима,
обоснование выбора метода подсчета стока при различных факторах.
Вычисление стока при ледовом режиме и построение графика опорных
коэффициентов Кзим, вычисление стока при зарастании русла и построение
графика опорных коэффициентов Кзар, вычисление стока при неустойчивом
русле и при переменном подпоре, использование нескольких кривых расходов
в течение одного гидрологического года, переход на новые кривые вычисление
стока на ГЭС и гидроузлах и составление таблиц ежедневных расходов воды.
7
Использование метода интерполяции между измеренными и вычисленными
расходами воды, применение срезки подпорных уровней воды.
2.3 Обработка материалов наблюдений за твердым стоком
и вычисление стока наносов
Сведения о расходе взвешенных наносов: гранулометрический состав
взвешенных наносов; содержание органических веществ во взвешенных
наносах; расход влекомых наносов; гранулометрический состав влекомых
наносов; гранулометрический состав донных отложений; плотность частиц и
смеси наносов; содержание органических веществ во влекомых наносах. Запись
и обработка материалов наблюдений за взвешенными наносами, мутность
воды; Вычисление стока взвешенных наносов на основе мутности единичных
проб воды. Построение вспомогательных графиков и введение поправок и
коэффициентов. Вычисление стока взвешенных наносов по графику
зависимости между значениями расхода воды и расхода взвешенных наносов.
Вычисление стока взвешенных наносов для периода межени и случае малой
мутности. Вычисление стока лонных наносов.
3. Испарение с водной поверхности
3.1 Обработка материалов наблюдений за испарением с водной поверхности
Организация наблюдений за испарением, сроки наблюдений, порядок
выполнения работ на испарительной площадке. Запись, критический контроль
и анализ материалов наблюдений. Камеральная обработка записей наблюдений
за испарением. Ведение комплексного графика и его анализ. Составление
таблиц, подсчет средних, декадных и месячных значений сумм испарения. Учет
хода метеорологических элементов, влияющих на испарение с водной
поверхности.
4. Гидрологическая информация об озерах и водохранилищах
4.1 Обработка материалов наблюдений на озерах и водохранилищах
Гидрометеорологическая сеть на озерах и водохранилищах, время и сроки
наблюдений. Порядок и общие правила наблюдений. Производство
стандартных наблюдений на акватории водоема. Метеорологические
наблюдения на акватории водоема. Наблюдения за уровнем воды.
Наблюдения за температурой воды. Обработка материалов наблюдений,
обработка показаний термометра в оправе, обработка показаний
глубоководного термометра, графическое обобщение результатов наблюдений
за температурой воды. Наблюдения за ледовыми явлениями, запись и
обработка наблюдений. Опасные явления на озерах и водохранилищах. Запись,
критический контроль и анализ материалов наблюдений. Составление таблиц,
помещаемых гидрологический ежегодник.
8
9
ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ
Литература
Основная
1.
Автоматизация обработки гидрологических данных по режиму рек/
Под ред. В.А. Семёнова и С. Герасимова. – М.: Гидрометеоиздат, 1988. – 212 с.
2.
Быков В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия. – Л.: Гидрометеоиздат,
1965. – 500 с.
3.
Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и
ресурсах поверхностных вод суши, т.3. / Под ред. К.А. Клюевой. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1985. – 445 с.
4.
Железняков Г.В. Теоретические основы гидрометрии. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1968. – 292 с.
5.
Карасёв И.Ф. Речная гидрометрия и учёт водных ресурсов. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1980. – 310 с.
6.
Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов
наблюдений. – М.: Наука, 1971. – 104 с.
7. Методические указания по ведению государственного водного кадастра.
Раздел 1. Поверхностные воды, Вып. 6. Подготовка и перфорация первичных
данных. – Обнинск, 1983. – 202 с.
8. ТКП
17.10-08/1-2008
«Охрана
окружающей
среды
и
природопользование.
Гидрометеорология.
Правила
проведения
гидрологических наблюдений и работ. Часть 1». – Мн., Минприроды. – 2009. −
150 с.
9. ТКП
17.10-08/2-2008
«Охрана
окружающей
среды
и
природопользование.
Гидрометеорология.
Правила
проведения
гидрологических наблюдений и работ. Часть 2». – Мн., Минприроды. – 2007. −
302 с.
10. ТКП 17.10-16-2009 (02120) «Охрана окружающей среды и
природопользование.
Гидрометеорология.
Правила
проведения
гидрометеорологических наблюдений и работ на озерах и водохранилищах». –
Мн., Минприроды. – 2009. − 112 с.
11. ТКП 17.10-17/1-2009 (02120) «Охрана окружающей среды и
природопользование. Гидрометеорология. Гидрологические наблюдения. Часть
1. Правила подготовки первичных данных гидрологических наблюдений на
реках и каналах». – Мн., Минприроды. – 2009. − 115 с.
12. ТКП 17.10-17/2-2009 (02120) «Охрана окружающей среды и
природопользование. Гидрометеорология. Гидрологические наблюдения. Часть
2. Правила проведения гидрометеорологических наблюдений и работ на озерах
и водохранилищах». – Мн., Минприроды. – 2009. − 99 с.
Дополнительная
13. Руководство по гидрологической практике / ВМО № 168. – Женева,
1994. – 808 с.
10
14. Свешников А.А. Основы теории ошибок. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1972. –
126 с.
15. Сток наносов, его изучение и географическое распределение / под
ред. Караушева А.В. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – 240 с.
16. Иванов Ю.Н. Комплекс программ вычисления стока взвешенных
наносов для ПЭВМ. //Труды НИГМИ, Вып. 6 (249). – Ташкент, 2006. – С. 99123.
17. Иванов Ю.Н. Оценка надёжности расчёта кривых расходов воды на
ПЭВМ//Труды НИГМИ, Вып. 6 (249). – Ташкент, 2006. – С. 86-98.
18. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. – М.: Наука,
1977. – 456 с.
11
Приложения
Тематика практических занятий
1. Обработка и хранение гидрологической информации в коде КН-15 в
комплексе программ «Гидрология» (2 часа);
2. Обработка данных снегомерных съемок в коде КН-24 в комплексе
программ «Снег» (2 часа);
3. Программа подготовки данных, способствующая усовершенствованию
методов расчета долгосрочных прогнозов максимальных и минимальных
уровней воды (2 часа);
4. Автоматизированное рабочее место Гидролога-прогнозиста (АРМ
Гидролога) (2 часа);
5. Обработка гидрологической информации в программном комплексе
«Персона-реки»:

уровни воды (2 часа);

расходы воды (4 часа);

расходы взвешенных наносов (2 часа);
6. Обработка материалов наблюдений за испарением в ПК «Испарение»
(2 часа);
7. Обработка материалов наблюдений на озерах и водохранилищах в ПК
«ГВК Озера» (2 часа).
Тематика УСР
1.
Общие сведения об организации наблюдений на гидрологических
постах. Содержание гидрологического ежегодника.
2.
Сведения об уровнях и расходах воды в составе гидрологического
ежегодника.
3.
Выбор метода вычисления стока.
4.
Вычисление стока при ледовом режиме, при зарастании русла, при
неустойчивом русле, при переменном подпоре, на ГЭС и гидроузлах.
12
ПРОТОКОЛ
СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ
УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЕ
С
ДРУГИМИ
СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Название
дисциплины,
с которой
требуется
согласование
Гидрология
Название
кафедры
Общего
землеведения и
гидрометеорологии
Метеорология и Общего
климатология
землеведения и
гидрометеорологии
ПО ИЗУЧАЕМОЙ
ДИСЦИПЛИНАМИ
Предложения об
изменениях в
содержании учебной
программы по
изучаемой учебной
дисциплине
Решение, принятое
кафедрой,
разработавшей
учебную программу (с
указанием даты и
номера протокола)
Согласовано
Протокол № 2
от 01.10.2010 г.
Согласовано
Протокол № 2
от 01.10.2010 г.
13
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ
К
УЧЕБНОЙ
ПРОГРАММЕ
ПО
ИЗУЧАЕМОЙ
ДИСЦИПЛИНЕ НА ________/_________ УЧЕБНЫЙ ГОД
№ п/п
Дополнения и изменения
УЧЕБНОЙ
Основание
Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры
общего землеведения и гидрометеорологии
(название кафедры)
(протокол № ____ от __________ 201
г.)
Заведующий кафедрой
_________________
(степень, звание)
_______________
(подпись)
_________________
(И.О.Фамилия)
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
_________________
(степень, звание)
_______________
(подпись)
_________________
(И.О.Фамилия)