МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ и экологии РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет)

РЕКОМЕНДАЦИИ

ОПЕРАТИВНЫЙ УЧЕТ СТОКА НА ВОДОТОКАХ Методы обработки наблюдений за уровнями и расходами воды

Санкт-Петербург ФГБУ «ГГИ»

2018

Предисловие

1    РАЗРАБОТАНЫ Федеральным государственным бюджетным учреждением «Государственный гидрологический институт» (ФГБУ «ГГИ»)

2    РАЗРАБОТЧИКИ Т. И. Яковлева, канд. техн. наук (руководитель разработки); Ю. В. Шарина

3    ОДОБРЕНЫ решением методической комиссии ФГБУ «ГГИ», протокол № 3 от 22.12.2016

4    СОГЛАСОВАНЫ:

с Управлением наблюдательной сети и гидрометобеспечения (УНСГ) Росгидромета 09.02.2018;

с Федеральным государственным бюджетным учреждением «Научно-производственное объединение «Тайфун» (ФГБУ «НПО «Тайфун») письмом от 19.01.2018 №01-46/100

5    УТВЕРЖДЕНЫ Руководителем Росгидромета 13.02.2018 ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ приказом Росгидромета от 22.02.2018 № 75

6    ЗАРЕГИСТРИРОВАНЫ ФГБУ «НПО «Тайфун» от 22.02.2018 за номером Р 52.08.872-2018

7    ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ

P 52.08.872-2018

4.2    Обработка данных гидрологических наблюдений в оперативном режиме осуществляется как для АГП, так и для ГП, наблюдения на которых выполняются ручным способом с использованием стандартных средств измерения (СИ): переносной рейки на свае или стационарной рейки.

4.3    Списки ГП, по которым ведется оперативная обработка данных об уровнях воды и вычисляются расходы воды в оперативном режиме формируются в оперативных подразделениях УГМС, ЦГМС, специализированных гидрометеорологических обсерваторий (СГМО) или гидрометеорологических бюро (ГМБ). Списки формируются пообъектно: по бассейнам отдельных рек, водохранилищ и озер. ГП в списках располагаются в соответствии с гидрографической схемой территории. Для формирования таких списков целесообразно использовать файлы технологии «РЕКИ-РЕЖИМ», включающие списки, сформированные в соответствии с публикуемыми справочниками ЕДС (файлы с именами «SPISOKnn.txt»), Каждый файл «SPISOKnn.txt» содержит основные справочные данные ГП, публикуемых в конкретном выпуске ЕДС с номером «пп».

4.4    Для контроля поступающей гидрологической информации и отбраковки данных с грубыми погрешностями целесообразно использовать файлы технологии «РЕКИ-РЕЖИМ» с паспортными данными ГП, размещенные в директории «pas» и содержащие основные, редко изменяющиеся характеристики ГП (кодовый номер ГП и водного объекта, название ГП, площадь водосбора и пр.), а также многолетние предельные значения гидрологических параметров, которые необходимы для выполнения контроля поступающих данных об уровнях воды.

4.5    Оперативная обработка данных ведется в режиме реального времени сразу после поступления информации в оперативное подразделение гидрологической сети. С этой целью в этом подразделении создается рабочая база данных (БД) для оперативного учета стока. Рекомендуемые формы таблиц такой БД приведены в приложении А. Таблицы БД рекомендуется создавать в электронном виде на персональном компьютере гидролога-прогнозиста. Значения расходов воды в оперативном режиме вычисляются для каждого измеренного срочного значения уровня воды.

4.6    Методика обработки данных многосрочных (учащенных) наблюдений за уровнем воды в оперативном режиме разработана с использованием положений методики обработки режимной информации по уровням воды при наличии АГК, утвержденной на методической комиссии ФГБУ «ГГИ» (протокол № 1 от 11.02.2014) и

5

рекомендованной для использования при обработке данных в технологии «РЕКИ-РЕЖИМ».

В настоящих рекомендациях приведены приемы контроля исходной гидрологической информации, которые используются при обработке данных в технологии «РЕКИ-РЕЖИМ».

4.7    Предлагаемые методы оперативного учета стока опираются на многолетние разработки отдела гидрометрии и гидрологической сети ФГБУ «ГГИ» по вопросам гидрометрического учета стока. В ней используются те же методические подходы, что и для варианта режимного учета стока, уже реализованные в компьютерной технологии «РЕЧНОЙ СТОК».

4.8    Методы оперативного учета стока учитывают различные условия протекания потока и изменения пропускной способности русел рек, включая:

-    свободное состояние русла при наличии однозначных многолетних или годовых зависимостей расходов от уровней воды;

-    свободное состояние русла и при изменяющихся гидравлических условиях, в том числе при деформациях русла:

-    ледостав и ледообразование;

-    зарастание русла.

4.9    Разработанные методы расчета изложены в алгоритмической форме и легко могут быть реализованы в виде компьютерной программы.

4.10    Примеры оперативного учета стока представлены в приложениях Г, Д, Е, Ж, И, К, Л к настоящим рекомендациям.

5 Методы оперативной обработки измерений уровней воды

5.1    Порядок получения и передачи данных наблюдений

5.1.1    В ходе и модернизации гидрологической сети Росгидромета пункты наблюдений оснащаются различными комплектами оборудования, которые в зависимости от возможной степени автоматизации наблюдений подразделяются на следующие типы:

-    неавтоматизированные ГП с наблюдателем, ежедневные и эпизодические измерения на которых выполняются полностью наблюдателем ГП;

P 52.08.872-2018

-АГП, работающие в автономном режиме без наблюдателя, где ежедневные измерения выполняются полностью автоматически, а эпизодические измерения расходов воды, наносов, снегосъемки и некоторые другие виды работ -специалистами наблюдательных подразделений с использованием оборудования мобильных гидрологических лабораторий;

-АГП, работающие с наблюдателем, где ежедневные измерения уровней воды выполняются полностью автоматически с использованием АГК, а остальные наблюдения, предусмотренные программой ГП, выполняются наблюдателем ГП.

5.1.2    Данные наблюдений с АГК и от наблюдателя различными путями (с использованием сетей сотовых или спутниковых операторов) автоматически поступают в центры сбора данных (ЦСД), где сохраняются в БД в виде измеренных значений. Измерения, выполненные наблюдателем вручную, также поступают в БД.

В БД ЦСД обязательно должно быть предусмотрено получение и хранение не только данных ежедневных двухсрочных или многосрочных наблюдений, но и данных эпизодических измерений расходов воды. Рабочее место гидролога-прогнозиста может располагаться в ЦГМС, УГМС или в других подчиненных им сетевых подразделениях (например, в СГМО или ГМБ), занимающихся обработкой оперативной информации. Необходимо, чтобы с рабочего места гидролога-прогнозиста был обеспечен свободный доступ к БД ЦСД в любое время суток.

5.1.3    Все измеренные на ГП значения уровня воды, поступившие в БД ЦСД, должны пройти первичный контроль, в процессе которого производится проверка полноты и оценка их качества. При этом выявляются и последовательно устраняются погрешности записи дат, времени или значений уровня, если они имеют место. Выполняется проверка на соответствие наблюденных данных об уровнях воды и величин интенсивности их изменения предельно возможным допустимым значениям. Дополнительная проверка данных АГК проводится на основе их сравнения с данными контрольных измерений по сваям или рейкам ГП.

По результатам выполненного первичного контроля данных АГК гидролог-прогнозист принимает решение о том, принимать данные автоматизированных наблюдений для оперативного учета стока или нет.

7

5.2 Создание рабочей базы данных для оперативного учета стока

5.2.1    Для оперативной обработки гидрологических и метеорологических данных наблюдений, и выполнения расчетов оперативных расходов воды создается рабочая БД оперативного учета стока. Рекомендуемые формы таблиц рабочей БД приведены в приложении А.

5.2.2    Таблицы А.1 и А.2 (приложение А) формируются на основе прошедших первичный контроль данных автоматизированных наблюдений за уровнем, температурой воды и осадками, находящихся в БД ЦСД. При отсутствии данных автоматизированных наблюдений этих характеристик таблицы формы таблиц А.1 и А.2 (приложение А) формируются по данным ручных наблюдений, выполненных наблюдателем ГП, переданных по каналам связи в коде КН-15 и занесенных в БД ЦСД.

5.2.3    В таблицу А1 (приложение А), аналогичную таблице оперативного журнала формы ГП-25 [4], помещаются сведения по всем информационным ГП. По каждому ГП в таблицу А. 1 (приложение А) заносятся данные измерений, выполненные в стандартные сроки (8 и 20 ч местного времени). Кроме данных наблюдений за уровнями воды и значений изменения уровня воды за сутки между 8-ми часовыми сроками в эту таблицу заносится также информация о характерных уровнях на ГП:

-    уровень выхода воды на пойму, /-/поймы, см;

-уровень воды, при котором наблюдается неблагоприятное гидрологическое явление (НЯ), Ння, см;

-уровень воды, при котором наблюдается опасное природное (гидрологическое) явление (ОЯ), Ноя, см;

-    максимальный наблюденный исторический уровень воды (МИУВ), Нмиув, см.

Все уровни заносятся в едином формате (в сантиметрах над «нулем» поста) с

точностью до 1 см.

В графу 10 заносятся значения оперативных расходов воды Q_on в эти же сроки. Значения Qon для сроков 8 и 20 ч выбираются из рабочей таблицы А.2 (приложение А).

В таблицу А.1 (приложение А) заносятся также необходимые для оперативного учета стока и гидрологического прогнозирования следующие данные, наблюденные в стандартные сроки (8 и 20 ч):

-    температура воды;

-    сумма осадков за 12 ч;

8

P 52.08.872-2018

-    температура воздуха;

-    толщина льда;

-    состояние водного объекта (СВО).

5.2.4    Для анализа исходной гидрологической информации для целей оперативного учета стока и гидрологического прогнозирования часто необходимы сведения о температуре воздуха. Эта информация формируется из БД ЦСД по данным ГП или по ближайшей к ГП метеостанции и заносится в соответствующую графу таблицы А. 1 (приложение А). Информация о температуре воздуха используется только за стандартные сроки наблюдений 8 или 7 и 20 или 19 ч. Если наблюдения за температурой воздуха на метеостанции производится в 7 и 19 ч, а не в 8 и 20 ч, информация об этом заносится в графу «Примечание».

5.2.5    Сведения о СВО и ледовых явлениях формируются по данным визуальных наблюдений, переданным в БД ЦСД наблюдателем ГП, или, при наличии фоторегистратора на ГП, по фотографиям. СВО кодируется по фотографиям специалистом-гидрологом и отправляется в БД ЦСД.

5.2.6    Данные о толщине льда заносятся в БД ЦСД и таблицу А.1 (приложение А) по мере их поступления.

5.2.7    В таблицу А.1 (приложение А) заносятся также данные по всем ведомственным ГП, которые используются в оперативной работе гидролога-прогнозиста.

5.2.8    Результаты оперативного учета стока (вычисления оперативных расходов воды) помещаются в таблицу А.2 (приложение А), которая формируется для каждого ГП отдельно. Таблица А.2 (приложение А) включает как исходные, так и рассчитанные данные за все сроки, в которые есть наблюдения за уровнем воды.

5.2.9    По каждому ГП за каждый имеющийся срок наблюдения в таблицу А.2 (приложение А) заносится следующая исходная информация об уровнях воды:

-дата в формате «ЧЧ.ММ.ГГГГ»;

-    время срока наблюдения в формате «ЧЧ.ММ» с точностью до минут;

-СВО;

-    срочный наблюденный уровень воды, Н, см

5.2.10    Помимо перечисленных в 5.2.9 характеристик в таблицу А.2 (приложение А) заносятся полученные в результате оперативной обработки следующие данные:

-    расход воды, вычисленный по опорной кривой расходов Qkp, м³/с;

-    метод расчета оперативного расхода воды;

9

-    значение оперативного расхода воды Qon, м³/с;

-    средний суточный уровень воды за предшествующие сутки Нс_Р, см;

-    средний суточный оперативный расход воды за предшествующие сутки

Qc_P, м³/с;

-    низший уровень воды за предшествующие сутки Ннизш, см;

-    наименьший оперативный расход воды за предшествующие сутки (Энаим, м³/с;

-    срок наблюдения низшего уровня воды за предшествующие сутки;

-    высший уровень воды за предшествующие сутки /-/высш, см;

-    наибольший оперативный расход воды за предшествующие сутки (Энаиб, м³/с;

-    срок наблюдения высшего уровня воды за предшествующие сутки.

В графу «Метод расчета» заносится код принятого метода расчета оперативного расхода воды в соответствии с таблицей А.З (приложение А).

Средние суточные значения уровня Нср и оперативного расхода воды Q_cp, а также их высшие (/-/высш, (Энаиб) и низшие значения (Ннизш, (Энаим,) с указанием срока их наблюдения помещаются в строке, соответствующей последнему сроку наблюдения в расчетные сутки.

5.2.11    Для целей оперативного учета стока также формируется таблица А.4 (приложение А) измеренных расходов воды (ИРВ), значения которых поступают в БД ЦСД автоматически или заносятся гидрологом-прогнозистом на следующий день после измерения расхода воды.

5.2.12    Данные АГК при формировании файла исходных данных округляются и заносятся с точностью, принятой для измерений ручным способом уровень воды с точностью до сантиметра, температура воды и воздуха - до десятых долей градуса, сумма осадков - до десятых долей миллиметра, толщины льда - до 1 см.

5.3 Анализ полноты данных автоматизированных гидрологических комплексов

5.3.1 Анализ полноты данных АГК заключается в проверке наличия данных АГК за каждый срок, установленный по программе работы АГК.

Для каждого параметра (уровня воды, температуры воды, осадков) проверяется наличие данных АГК за каждые сутки.

P 52.08.872-2018

5.3.2    Если в конкретные сутки данные по АГК полностью или частично отсутствуют, то в графу «Примечание» таблицы А.1 (приложение А) рабочей БД заносится сообщение следующего содержания:

-    «информация по АГК за ЧЧ.ММ.ГГ отсутствует», если данные в течение суток отсутствуют полностью;

-«информация по АГК за ЧЧ.ММ.ГГ отсутствует с ЧЧ.ММ по ЧЧ.ММ», если данные в течении суток отсутствуют частично.

Данные за сутки считаются частично отсутствующими, если в эти сутки нет значения параметра в сроки 8 ч или 20 ч, при этом проверяются только часы без учета минут.

5.3.3    Для суток с частично отсутствующими данными гидролог-прогнозист принимает решение об использовании на этапе обработки данных АГК за прошедшие сутки или игнорирует неполные данные АГК и дополняет их или заменяет данными измерений стандартными СИ, которые также считываются из ЦСД. Таким образом, для суток с частично отсутствующими данными АГК выполняется объединение данных АГК и ручных измерений.

5.4 Контроль и оценка качества данных об уровнях воды

5.4.1    Все поступающие данные об уровнях воды автоматизированных (А7агк) и ручных (Н_Р) наблюдений должны быть подвергнуты проверке на достоверность. С этой целью выполняется контроль соответствия наблюденных данных об уровнях воды и величин интенсивности их изменения предельно возможными допустимым значениям этих характеристик. Дополнительная проверка данных АГК проводится на основе их сравнения сданными контрольных измерений по сваям или рейкам ГП.

5.4.2    При сравнении поступившего значения уровня воды с экстремально низким /-/э.низш и экстремально высоким значением /-/э.высш на данном ГП должны выполняться следующие соотношения:

-для данных АГК

Нэ.низш<НаГК<Нэ.высш;    (1)

-    для данных ручных наблюдений

(2)

11

5.4.3    Сведения об экстремально возможных значениях уровня воды в сантиметрах и интенсивности его изменения в сантиметрах в час (см/ч) приведены в файлах паспортов ГП, использующихся для автоматизированного контроля данных в технологии «РЕКИ-РЕЖИМ» (директория «pas»).

Интенсивность изменения уровня воды выражается в единицах измерения «см/ч» и рассчитывается как частное от деления AH/At, где АН = Нц+1) - Hi - разность значений уровней воды между (/'+7)-м и /-м сроками наблюдений; a At - интервал времени между (/+/)-м и /-м сроками наблюдений. Интенсивность изменения уровня воды рассчитывается для интервалов времени At > 1 ч.

5.4.4    При сравнении интенсивности изменения уровня воды между сроками наблюдений с допустимым наибольшим возможным изменением его величины для данного ГП должны выполняться следующие соотношения:

-для данных АГК

ЛНагкч < АНч,    (3)

- для данных ручных наблюдений

АНр.ч<АНч.

где АНч - допустимое наибольшее возможное изменение уровня воды за 1 час.

5.4.5 При сравнении данных АГК и ручных измерений наблюдателя в стандартные сроки, должны выполняться соотношения (5) и (6).

I /-/дгкв-оо - Нр.8-оо I < 3 см;    (5)

I /-/АГК20-00 - Нр.20-00 I < 3 СМ.    (6)

Для результатов сравнения данных АГК и данных ручных наблюдений формируется таблица А.5 (приложение А).

В графе «Примечание» таблицы А.5 (приложение А) указывается выявленная причина расхождения между данными АГК и наблюдателя, если оно превышает допустимые значения по критериям (5) и (6).

12

P 52.08.872-2018

Данные, для которых не выполняются критерии (1) - (6), должны быть помечены как сомнительные, и гидрологом-прогнозистом принято решение об отбраковке данных АГК или проведении дополнительного анализа для выявления причин нарушения критериев (1) - (6).

5.4.6    Для оценки достоверности данных АГК и наблюдателя и выявления причин недопустимых расхождений выполняется сравнение данных АГК по ГП, для которого выполняется анализ достоверности данных, с данными АГК на смежных ГП на той же реке или на ближайших ГП на реках того же бассейна. Такое сравнение выполняется на основе построения совмещенных по нескольким ГП хронологических графиков хода уровня воды. Если на водосборе, который замыкает расчетный створ ГП, не наблюдалось аномальных явлений, уровни воды на смежных ГП должны изменяться синхронно. С этой же целью выполняется анализ совмещенных хронологических графиков хода уровней воды, осадков, температуры воздуха, состояния водного объекта. Резкие изменения уровня воды могут быть обусловлены:

-    прохождением дождевого паводка, сформировавшегося на водосборе;

-    увеличением интенсивности снеготаяния, а, следовательно, и поступления воды в русло при повышении температуры воздуха;

-    заторными или зажорными явлениями в русле;

-    установлением ледостава или вскрытием ледяного покрова.

5.4.7    Если причину резкого изменения уровня воды в данных АГК установить не удалось, необходимо срочно принять меры по их выявлению: выполнить контрольное измерение уровня воды с использованием стандартных СИ, проверить исправность всех элементов оборудования АГК.

5.4.8    Для вычисления оперативных расходов воды используются только данные об уровнях воды, прошедшие первичный контроль и признанные достоверными.

5.5 Порядок ежедневной оперативной обработки уровней воды

5.5.1 При ежедневной оперативной обработке данных гидрологических наблюдений задача состоит в обеспечении использования в системе оперативного учета стока данных АГК и объединении потока данных от АГК и потока данных наблюдений и измерений, выполненных ручным способом.

13

В процессе объединения особую сложность представляют следующие моменты:

-    АГК может начать работу с любого времени любой даты месяца;

-    в течение суток интервал измерений уровней воды с помощью АГК может изменяться. Например, интервал измерений в обычном режиме может составлять один час, а в штормовом режиме - 15 мин и менее;

-    данные АГК могут отсутствовать или быть забракованы в какой-то период времени в течение суток;

-    данные АГК по уровням воды обязательно должны быть дополнены сведениями о состоянии водного объекта, без которых невозможен оперативный учет стока в условиях зарастания русла в летний период, ледообразования и разрушения льда в переходные периоды осенью и весной, при устойчивом ледоставе в зимний период.

5.5.2    Ежедневная оперативная обработка информации по уровням воды выполняется сразу после поступления данных с ГП, в том числе и АГП. Вся поступившая информация подвергается анализу и контролю качества по 5.3 и 5.4. Далее в оперативной обработке используются уже признанные достоверными данные наблюдений.

5.5.3    Ежедневная оперативная обработка уровней воды выполняется в следующей последовательности.

5.5.3.1    В таблицу А2 (приложение А) по каждому ГП заносится информация об уровнях воды за каждый имеющийся срок наблюдения в соответствии с 5.2.9;

5.5.3.2    В таблицу А1 (приложение А) заносится информация в стандартные сроки наблюдений:

-    срочный уровень за 20-ти часовой срок предшествующих суток;

-    срочный уровень за 8-ми часовой срок текущих суток;

В условиях паводков, когда необходимо отслеживать изменение уровня воды в учащенном режиме, для целей оперативного учета стока на реках с быстро развивающимися паводками в таблицу А.1 (приложение А) необходимо заносить уровни во все наблюденные сроки вплоть до интервала в 15 мин и менее.

Необходимость использования учащенных данных наблюдений за уровнем воды для целей оперативного учета стока может возникать также в условиях изменения пропускной способности русла при ледообразовании, разрушении льда, переменном подпоре, неустановившемся движении, обусловленным попусками с вышерасположенной гидроэлектростанции В таких случаях таблица А. 1 (приложение А) 14

Р 52.08.872-2018

Содержание

1    Область применения.............................................................................. 1

2    Нормативные ссылки.............................................................................. 1

3    Термины, определения и сокращения...................................................... 2

4    Общие положения................................................................................... 4

5    Методы оперативной обработки измерений уровней воды................................ 6

5.1    Порядок получения и передачи данных наблюдений.................................. 6

5.2    Создание рабочей базы данных для оперативного учета стока............... 8

5.3    Анализ полноты данных автоматизированных гидрологических

комплексов.......................................................................................... Ю

5.4    Контроль и оценка качества данных об уровнях воды............................. 11

5.5    Порядок ежедневной оперативной обработки уровней воды................. 13

6 Методы оперативного учета стока.............................................................. 16

6.1    Задача и основные положения методики оперативного учета

стока............................................................................................................... 16

6.2    Выбор расчетной зависимости расходов от уровней воды и оценка ее

однозначности..................................................................................... 18

6.3    Оперативный учет стока при наличии однозначной многолетней кривой

расходов............................................................................................ 20

6.4    Оперативный учет стока при наличии однозначной годовой кривой

расходов........................................................................................ 23

6.5    Алгоритм оперативного учета стока в условиях свободного состояния

русла при отсутствии однозначной кривой расходов............................. 24

6.6    Алгоритм оперативного учета стока в зимний и переходные периоды......    ^

6.7    Алгоритм оперативный учет стока при зарастании русла..................... 35

7    Пошаговый алгоритм обработки гидрологических данных наблюдений и

оперативного учета стока...................................................................... Зд

8    Ежедневная обработка данных об уровнях и расходах воды в оперативном

режиме и получение обобщенных характеристик........................................ 40

Приложение А (рекомендуемое) Формы и примеры заполнения таблиц для

оперативного учета стока..................................................... 42

Приложение Б (обязательное) Алгоритмы аппроксимации зависимостей

расходов от уровней воды.................................................... 45

Приложение В (обязательное) Алгоритм оценки однозначности зависимости

расходов от уровней воды................................................... 56

Приложение Г (рекомендуемое) Пример выбора наилучшей аппроксимации

зависимости расходов от уровней воды....................................... 59

III

P 52.08.872-2018

формируется по всему списку информационных постов за все стандартные и нестандартные, определенные гидрологом-прогнозистом, сроки наблюдений.

5.5.3.3 Определяются и заносятся в таблицу А2 (приложение А) средний и характерные (высший и низший) уровни воды за предшествующие сутки.

5.3.4 Для вычисления среднего суточного уровня за предшествующие сутки необходимо проанализировать полученные данные срочных наблюдений за уровнями воды.

5.5.4.1    Если в полученной таблице А.2 (приложение А) за прошедшие сутки нет пропусков наблюдений и наблюдения выполнены через равные промежутки времени в течение всех суток, то средний суточный уровень воды за прошедшие сутки определяется как среднее арифметическое из всех наблюденных значений уровня воды.

5.5.4.2    Если для рассматриваемых суток специалист-гидролог принял решение об игнорировании неполных данных АГК и использовании занесенных вручную данных, то для расчета среднего суточного уровня воды используются только данные ручных измерений. Средний суточный уровень воды вычисляется как среднее арифметическое из значений, наблюденных в 8 и 20 ч.

При отсутствии реального значения уровня воды хотя бы в один из двух стандартных сроков средний суточный уровень воды не определяется, формируется признак пропуска наблюдений.

5.5.4.3    Если интервал между измерениями уровня воды с помощью АГК или ручным способом изменялся в течение прошедших суток, то определение среднего суточного уровня воды производится по всем имеющимся в файле данных АГК измерениям уровня воды следующим образом.

Средний суточный уровень воды Н_ср, см определяется по формуле среднего взвешенного значения. При этом, если имеется уровень в 0 ч текущих суток, то он также участвует в расчете и принимается за 24 ч предшествующих суток.

Нср = ((Hi + Н₂)( Т₂ - 7i)/2 + (Н₂ + Нз)(7з-7₂)/2 +...

+ (Нп-1 + Н_п )(Тп - Тп-1)/ 2) / (Tn- 7i),    ⁽⁷⁾

где Нср - средний суточный уровень воды, см;

Ti, Т₂, ..., Тп - сроки наблюдений, следующие в хронологически возрастающем порядке, в сутках;

15

P 52.08.872-2018

Приложение Д (рекомендуемое) Пример кусочно-полиномиальной

аппроксимации зависимости расходов от уровней воды..........    61

Приложение Е (рекомендуемое) Пример оперативного учета стока в условиях

свободного состояния русла.................................................. 64

Приложение Ж (рекомендуемое) Пример оперативного учета стока в условиях деформации русла с использованием метода оптимальной экстраполяции.......................................................................... 67

Приложение И (рекомендуемое) Примеры оперативного учета стока в осенний

и весенний переходные периоды................................................ 73

Приложение К (рекомендуемое) Пример оперативного учета стока в осенне-зимний переходный период, основанный на закономерностях спада зимних расходов и истощения стока............................ 86

Приложение Л (рекомендуемое) Примеры оперативного учета стока в период

зарастания русла............................................................... 90

Библиография......................................................................................... 104

IV

Р 52.08.872-2018

Введение

Посты гидрологической сети Росгидромета подразделяются на режимные и информационные. Данные с информационных гидрологических постов ежедневно в заданные сроки передаются по каналам связи в районные или областные центры сбора данных, далее передача данных осуществляется в службы автоматизированной системы передачи данных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС). В ходе модернизации и технического перевооружения гидрологической сети на гидрологических постах устанавливаются автоматизированные гидрологические комплексы, которые выполняют непрерывные наблюдения за уровнями воды и в автоматизированном режиме передают полученные данные в центры сбора данных.

УГМС являются центральными учреждениями, где ежедневно большая часть метеорологических и гидрологических данных собирается, верифицируется, обрабатывается, перерабатывается в прогнозы и передается региональным и локальным потребителям. Оперативные гидрологические данные (показания уровнемеров гидрологического поста) передаются в Гидрометцентр России один раз в день, однако в периоды высоких паводков частота передачи данных возрастает до 6 -12 раз в день.

В настоящее время в технологии режимной обработки данных при подготовке гидрологического ежегодника частично решена проблема усвоения получаемых с помощью автоматизированных гидрологических постов данных об уровнях, температуре воды и осадках. Однако данные автоматизированной гидрологической сети, так необходимые при оперативном обслуживании потребителей и гидрологическом прогнозировании, большей частью используются только как дополнительная информация. Такая ситуация обусловлена прежде всего тем, что данные гидрологических наблюдений, полученные в учащенном режиме, не могут быть усвоены и обработаны с помощью программного комплекса «АРМ гидролог-прогнозист», который является наиболее распространенным на сегодняшний день инструментом прогнозистов.

Существенным недостатком применяемых на сети автоматизированных технологий является отсутствие в них блока оперативного учета стока - вычисления расходов воды в реальном времени по данным наблюдений за уровнями воды, поступающим с информационных гидрологических постов. Более того, до настоящего

времени не существует регламентированной методики оперативного учета стока рек, утвержденной методической комиссией ФГБУ «ГГИ» и Росгидрометом.

Оперативный учет стока рек выполняется в режиме реального времени. При этом специалистам приходится опираться как на данные текущих измерений и наблюдений, так и на данные прошлых лет и корректировать их с каждым новым измерением расхода воды.

Решения, предложенные в настоящих рекомендациях, опираются на методические подходы, разработанные в отделе гидрометрии и гидрологической сети (ОГГС) ФГБУ «ГГИ». Они представлены в виде алгоритмов и могут быть использованы для оперативного учета стока в различных условиях протекания потока: свободного состояния речного русла, при его зарастании, в условиях ледостава и ледообразования, а также осеннего и весеннего переходных периодов.

Алгоритмы расчетов, изложенные в рекомендациях, апробированы специалистами ГГИ по оперативным данным более чем 40 гидрологических постов Росгидромета, в том числе в бассейнах рек Дон, Кубань, Краснодарского и Саяно-Шушенского водохранилищ. В приложениях к настоящим рекомендациям приведены примеры использования на практике предложенных алгоритмов.

По всем вопросам, связанным с применением настоящих рекомендаций, следует обращаться в ОГГС ФГБУ «ГГИ» (199053, г. Санкт-Петербург, В.О., 2-я линия, д. 23; тел. +7 (812) 323-11-39, 433-93-32; e-mail: oaac@vandex.ru).

VI

РЕКОМЕНДАЦИИ

ОПЕРАТИВНЫЙ УЧЕТ СТОКА НА ВОДОТОКАХ Методы обработки наблюдений за уровнями и расходами воды

Дата введения - 2018-06-01 Срок действия - до 2023-06-01

1 Область применения

1.1    Настоящие рекомендации устанавливают методы оперативной обработки гидрологических данных (уровней и расходов воды) и оперативного учета стока -вычисления срочных и ежедневных расходов воды по оперативным данным наблюденных уровней и расходов воды.

1.2    Рекомендации предназначены для специалистов-гидрологов оперативнопрогностических подразделений гидрологической сети Росгидромета, выполняющих оперативную обработку данных измерений уровней и расходов воды на водотоках и занятых подготовкой оперативной информационной продукции для обеспечения потребителей и задач гидрологического прогнозирования.

Рекомендации могут быть полезны специалистам-гидрологам других ведомств, выполняющим гидрологические наблюдения и текущую оценку водных ресурсов

2 Нормативные ссылки

В настоящих рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 19179-73 Гидрология суши. Термины и определения

1

РД 52.08.163-88 Дополнение к Наставлению гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 6. Ч. 1. Гидрологические наблюдения и работы на больших и средних реках

МИ 1759-87 Государственная система обеспечения единства измерений. Расход воды на реках и каналах. Методика выполнения измерений методом «скорость-площадь»

РД 52.19.143-2010 Перечень документов архивного фонда данных о состоянии окружающей среды, ее загрязнении

Примечания

1    При пользовании настоящими рекомендациями целесообразно проверять действие ссылочных нормативных документов:

-    национальных стандартов - в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года;

-    нормативных документов Росгидромета - по РД 52.18.5-2012 и дополнениям к нему, ежегодно издаваемым информационным указателям нормативных документов.

2    Если ссылочный нормативный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящими рекомендациями следует руководствоваться замененным (измененным) нормативным документом. Если ссылочный нормативный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и сокращения

3.1    В настоящих рекомендациях применены термины по ГОСТ 19179, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1    автоматизированный гидрологический комплекс; АГК: Комплекс приборов и оборудования, предназначенных для выполнения автоматизированных наблюдений за гидрологическими и метеорологическими элементами, оснащенный средствами передачи информации в центры сбора данных.

3.1.2    автоматизированный гидрологический пост; АГП: Гидрологический пост, на котором для ежедневных наблюдений за гидрологическими характеристиками водного режима используется АГК.

2

P 52.08.872-2018

3.1.3    гидрометрический учет речного стока: Определение объемов воды, протекшей в створе гидрологического поста за отдельно взятые или календарные периоды времени (сутки, декада, месяц, год) по данным совокупностей непрерывных наблюдений за уровнем и эпизодических измерений расходов воды.

3.1.4    кривая расходов Q(H): Графическое представление связи измеренных расходов (Q) и уровней воды (Н) в конкретном гидрометрическом створе, которое используется для оценки пропускной способности русла и учета стока.

3.1.5    оперативный учет стока: Гидрометрический учет стока (вычисление

срочных и ежедневных значений расходов воды), осуществляемый в оперативнопрогностических подразделениях обработки гидрологических данных в реальном времени по данным об уровнях и расходах воды, поступающим по каналам связи, для текущей оценки водности рек и    обеспечения    задач оперативного

гидрометеорологического обслуживания    потребителей    и гидрологического

прогнозирования.

3.1.6    режимный учет стока: Гидрометрический учет стока, осуществляемый в режимных подразделениях обработки гидрологических данных по истечении расчетного периода по данным полных совокупностей наблюденных уровней и расходов воды.

3.1.7    погрешность результата измерения: Отклонение результата измерения от истинного или действительного (условно истинного) значения измеряемой величины.

3.2 В настоящих рекомендациях применены следующие сокращения:

АКФ - автокорреляционная функция;

АСПД - автоматизированная система передачи данных;

АРМ - автоматизированное рабочее место;

БД - база данных;

ГМБ - гидрометеорологическое бюро;

ГП - гидрологический пост;

ГЭС - гидроэлектростанция;

ЕДС - ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши;

ЕРВ - ежедневные расходы воды;

ИРВ - измеренные расходы воды;

КР - кривая расходов;

МКР - многолетняя кривая расходов;

МНК - метод наименьших квадратов;

3

м.ст. - метеорологическая станция;

НЯ - неблагоприятное гидрологическое явление;

ОЯ - опасное природное явление;

ПО - программное обеспечение;

ПСР - пропускная способность русла;

«РЕКИ-РЕЖИМ» - система обработки режимной информации речных гидрологических постов;

СГМО - специализированная гидрометеорологическая обсерватория;

СИ - средство измерений;

СВО - состояние водного объекта;

СКО - среднее квадратическое отклонение; от. - станица;

УГМС - управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; УР - уравнение регрессии, аппроксимирующее годовую кривую расходов;

УРМ - уравнение регрессии, аппроксимирующее многолетнюю кривую расходов воды по уровням; х. - хутор;

ЦГМС - центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;

ЦСД - центр сбора данных наблюдений.

4 Общие положения

4.1 Наблюдения на гидрологической сети Росгидромета осуществляются в соответствии с требованиями РД 52.08.163, МИ 1759 и наставлений гидрологическим станциям и постам [1] - [3]. Обработка данных наблюдений в оперативном режиме осуществляется в оперативно-прогностических подразделениях (далее -оперативное подразделение) ЦГМС и УГМС, занятых оперативно-прогностической деятельностью и гидрометеорологическим информационным обслуживанием, которое осуществляется в соответствии с требованиями наставления по службе прогнозов [4]. Первичная обработка гидрологических данных в оперативном режиме выполняется по всем информационным гидрологическим постам (ГП), в том числе по всем действующим автоматизированным гидрологическим постам (АГП).