Программа построения кривых обеспеченностей по рядам гидрологических характеристик, содержащим генетически неоднородные данные (ComposeFreq 2008)

Введение

Программа ComposeFreq является составной частью комплекса HydroStatCalc, но может вызываться и применяться независимо. В том случае, когда она вызывается из головного блока HydroStatCalc опцией «Составная кривая», ей передаются данные выбранного ряда. Для независимого применения ComposeFreq необходима подготовка специальных файлов данных. Требования к содержанию и формату таких файлов изложены в разделе 1.2.

Программа предназначена для решения задач, связанных с построением кривых обеспеченностей и расчетом обеспеченных значений гидрологических характеристик в случае существенной генетической неоднородности данных выборки. В качестве примера можно рассматривать ряды максимальных расходов дождевых паводков рек Дальнего Востока. В этом районе максимумы паводков в подавляющем большинстве случаев формируются муссонными дождями. Из общего ряда резко выделяются паводки тайфунного происхождения. Более тривиальным примером может служить ряд максимальных годовых расходов, включающий как максимальные расходы весеннего половодья, так и дождевых паводков.

Эмпирические распределения генетически неоднородных выборок обычно неодномодальны, зачастую содержат несколько значений, резко отличающихся от остальных членов ряда, и не могут быть удовлетворительно аппроксимированы теоретическими распределениями, применяемыми в гидрологии. На практике это приводит к большим неопределенностям и ошибкам в оценках значений гидрологических характеристик редкой повторяемости.

Решение изложенной задачи, реализованное в предлагаемой программе, предполагает возможность разделения общего ряда ежегодных значений изучаемой характеристики на два или несколько генетически однородных подмножества. Технически программа допускает выделение до шести таких подмножеств, однако реально их допустимое число ограничено общей продолжительностью ряда. Число данных в каждом из подмножеств должно быть достаточно для расчета параметров кривой Пирсона III типа или Крицкого-Менкеля. Программа организует последовательное выполнение расчетов с построением кривых обеспеченностей для всех выделенных подмножеств и, на заключительном этапе, построение составной кривой на основе методики, разработанной А. В. Рождественским и изложенной в [6]. Деление ряда на подмножества производится по признакам их генетической однородности и не может быть автоматизировано. Для выполнения расчетов пользователь должен обозначить принадлежность каждого из значений ряда к тому или иному подмножеству. Выделение генетически однородных подмножеств является задачей, требующей основательного профессионального подхода и зачастую не может быть решена без привлечения дополнительной информации. Именно поэтому предусмотрена возможность независимого применения программы с обращением к предварительно подготовленным файлам данных с внесенными обозначениями подмножеств. В терминологии интерфейса программы генетически однородные подмножества называются «категориями» данных. Это название подмножеств и будет нами использоваться в последующем изложении.

При вызове программы возникает окно с тестом, содержащим предупреждение, что программа служит единственно для решения изложенной специальной задачи, а ее применение требует предварительной проработки вопроса о физической неоднородности исследуемого ряда и принадлежности каждого из его значений к той или иной категории.

На данном этапе разработки программы остается не решенной задача для случая, когда подмножество значений того или иного типа не достаточно для вычисления трех параметров распределения: среднего, Cv и Cs. Вместе с тем нередки случаи, когда ряд включает всего 1 - 2 или 3 значения, резко неоднородных, по отношению к остальной части ряда. Решение такой задачи остается предметом для последующих работ.

Текст разделов 2.2 и 2.3 данного описания программы проиллюстрирован на примере расчета составной кривой обеспеченностей модуля годового стока для изученного бассейна р. Большой Узень – г. Новоузенск. Этот яркий пример физической неоднородности ряда многолетних данных использован в [5,6] при изложении принципиальных основ методики выполняемых расчетов. Поставляемый пользователям пакет программы ComposeFreq содержит файл записи данных этого ряда, при вызове которого пользователь может самостоятельно повторить приведенный в описании расчет.

Многолетний ряд данных разделен в этом примере на 3 подмножества с существенными генетическими отличиями в процессе формирования годового стока, сопряженными с изменениями действующей площади водосбора.

Частным случаем задачи являются ситуации, когда некоторая часть ряда представлена нулевыми значениями рассматриваемой характеристики. Подобные ситуации встречаются при анализе рядов характеристик минимального стока (в случае пересыхающих водотоков), рядов характеристик дождевых паводков, зимних оттепелей, а в районах крайнего юга страны и в рядах характеристик весеннего половодья.