EXISTING ISSUES OF HYDROLOGY CALCULATIONS. PART 1
Authors: Виноградов А.Ю. , Догановский А.М. , Обязов В.А. 
Published: July 2024

Статья начинает дискуссию на тему об обоснованности использования методов теории вероятности и математической статистики в гидрологических расчетах. Вся методология современных расчётов стока зиждется на статистической обработке рядов наблюдений. Эти методы указаны в регламентирующих документах (СП 331012003) и, дефакто, являются обязательными к применению при выполнении расчетов для нужд строительного проектирования. Любые другие альтернативные методы таковыми не являются. Однако опыт применения вероятностностатистических методов в инженерногидрометеорологических изысканиях позволяет усомниться в правомерности такой постановки вопроса. Вызывает сомнение применение к гидрологическим характеристикам, в частности расходу воды, понятия случайной величины. С точки зрения математика, выборка исходных данных, впоследствии используемых при решении статистической задачи, всегда получается в результате эксперимента, проводимого при неизменных условиях. Расход воды зависит от многих природных факторов, часть из которых постоянно меняется. Кроме того, зависимость от некоторых факторов почти функциональна. Например, выпадение осадков вызывает увеличение стока, а отсутствие уменьшение. Другие факторы, наоборот, достаточно стабильны. Для каждого конкретного водосбора они не случайны и ведут себя вполне предсказуемо. Представляется недостаточно аргументированной экстраполяция, например, максимальных расходов воды в область редкой обеспеченности. Погрешность измерений (определений) расхода воды в реке возрастает по мере его увеличения. Этому способствует практически невозможное измерение расхода при выходе воды на пойму, при ледоходе, карчеходе и другие. Применяемые в этих случаях методы измерения по экспертной оценке дают ошибку до 25. Сами же измеренные максимальные расходы отличаются друг от друга на 510. Таким образом, мы имеем не ранжированные значения нескольких наибольших расходов, а некий усредненный максимальный расход, имеющий регулярную повторяемость. Как следствие, сделан вывод о недостаточной обоснованности применения математического аппарата вероятностностатистического анализа в гидрологических расчётах. Айвазян C.А., Енюков И.С., Ме-шалкин Л.Д. Прикладная стати-стика: Основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное изд. М.: Финансы и статистика, 1983. 471 с. Виноградов А.Ю. Никифоров-ский А.А. К вопросу о применимо-сти статистических методов в рас-четах максимального стока малых рек // Сборник докладов III Меж-дународной конференции «Селе-вые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита» (г. Южно-Сахалинск, 22-26 сентября 2014 г.) / Отв. редактор Н.А. Казаков. Южно-Сахалинск: Сахалинский филиал ФГБУН Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, 2014. С. 242-246 Владимиров А.М. Гидрологиче-ские расчёты. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1990. 365 с. Гнеденко Б.В. Беседы о математи-ческой статистике. М.: Наука, 1968. 64 с. Горошков И.Ф. Гидрологические расчёты. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 433 с. Дружинин И.П., Коноваленко З.П., Хамьянова Н.В. Вековые и внут-ривековые колебания стока рек Азиатской части СССР // Много-летние колебания стока и вероят-ностные методы его расчета / Под ред. В.Д. Быкова. М.: Изд. МГУ, 1967. C. 60-66. Ивченко Г.И., Медведев Ю.И. Введение в математическую ста-тистику: учебник. М.: Из-во ЛКИ, 2010. 600 с. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гид-рологические основы управления речным стоком. М.: Наука, 1981. 257 с. Найденов В.И., Кожевникова И.А. Почему так часто происходят наводнения // Природа. 2003. № 9 (1057). С. 12–20. Ресурсы поверхностных вод СССР: в 20 т. Т.2: Карелия и Се-веро-Запад. Часть 2. Приложения / Под ред. В.Е. Водогрецкого. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 278 с. Рождественский А.В., Чебота-рев А.И. Статистические методы в гидрологии. Л: Гидрометеоиздат, 1974. 424 с. Федотов Г.А. Изыскания и проек-тирование мостовых переходов: учебное пособие для студентов учреждений высшего профессио-нального образования. М.: Изда-тельский центр «Академия», 2010. 304 с.
The article begins a discussion on the validity of applying methods of probability theory and mathematical statistics in hydrology calculations. The methodology of river flow calculations nowadays is based on the statistical processing of observation datas. These methods are specified in prescriptive documents (such as SR 331012003) and, in fact, are required for using in engineering calculations. Any other alternative methods are not advisable. However, our experience of using probabilisticstatistical methods in engineeringhydrometeorological surveys let us to doubt the propriety of such application. It is questionable whether the concept of a random variable is applied to hydrological characteristics, in particular, to water consumption. In terms of mathematics, the sample input data subsequently used in solving statistical problem is the result of an experiment conducted under unaltered conditions. Water consumption depends on many natural factors, some of which are constantly changing. In addition, dependence on some factors is almost functional. For example, precipitation causes an increase of river flow, and their absence causes a decrease. Other factors, in contrast, are quite stable. For each catchment area, they are not random and behave predictably. For example, extrapolation of the maximum water flow rate in the region of rare probability, seems insufficiently reasoned. The error of measurements (definitions) of water flow in the river increases as its value increases. This is facilitated by the almost impossible measurement of river flow when water enters the floodplain, while floating of ice, while timber drifting on rivers, etc. The measurement methods used in these cases give an error of up to 25 by experts assessment. Herewith water flows are differs by 510. Thus, we do not have the ranked values of several of the highest water flow, but some average maximum flow with regular repeatability. As a result, it was concluded that the use of probabilisticstatistical analysis in hydrological calculations is insufficiently justified. Aivazyan S.A., Yenyukov I.S., Meshalkin L.D. Priklad-naya statistika: Osnovy modelirovaniya i pervichnaya obrabotka dannykh: Spravochnoe izd. [Applies statistics: Bases of modelling and initial data processing: reference edition]. Moscow, Publ. Finansy i statistika, 1983. 471 p. (In Russian). Gnedenko B.V. Besedy o matematicheskoi statistike [Conversations about mathematical statistics]. Moscow, Publ. Nauka, 1968. 64 p. (In Russian). Goroshkov I.F. Gidrologicheskie raschety [Hydrology calculations]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1979. 433 p. (In Russian). Druzhinin I.P., Konovalenko Z.P., Kham'yanova N.V. Vekovye i vnutrivekovye kolebaniya stoka rek Aziatskoi chasti SSSR [Centuries-old and intra-century fluctua-tions in river flow in the Asian part of the USSR]. In Bykov V.D. (ed.) Mnogoletnie kolebaniya stoka i veroyatnostnye metody ego rascheta [Long-term flow fluctuations and probabilistic methods for its calculation]. Moscow, Publ. MGU, 1967, pp. 60-66. (In Russian). Ivchenko G.I., Medvedev Yu.I. Vvedenie v matematich-eskuyu statistiku: uchebnik [Introduction to Mathematical Statistics]. Moscow, URSS, 2010. 600 p. (In Russian). Fedotov G.A. Izyskaniya i proektirovanie mostovykh perekhodov: uchebnoe posobie dlya studentov uchrezhdenii vysshego professional'nogo obrazovaniya [Researches and design of bridge crossings]. Moscow, Publ. Akademiya, 2010. 304 p. (In Russian). Kritskii S.N., Menkel' M.F. Gidrologicheskie osnovy up-ravleniya rechnym stokom [Hydrological basics of river flow management]. Moscow, Publ. Nauka, 1981. 257 p. (In Russian). Naidenov V. I., Kozhevnikova I. A. Pochemu tak chasto proiskhodyat navodneniya [Why are floods so fre-quent?]. Priroda [Nature], 2003, no. 9 (1057), pp. 12–20. (In Russian; abstract in English). Rozhdestvenskii A.V., Chebotarev A.I. Statisticheskie metody v gidrologii [Statistical methods in hydrology]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1974. 424 p. (In Rus-sian; abstract in English). Vinogradov A.Yu. Nikiforovskii A.A. K voprosu o primenimosti statisticheskikh metodov v raschetakh maksimal'nogo stoka malykh rek [On the applicability of statistical methods in the calculation of maximum flow of small rivers]. In Kazakov N.N. (ed.), Sbornik dokladov Tret'ei Mezhdunarodnoi konferentsii «Selevye potoki: ka-tastrofy, risk, prognoz, zashchita» (g. Yuzhno-Sakhalinsk, 22-26 sentyabrya 2014 g.) [III International Conference “Debris Flows: Disasters, Risk, Forecast, Protection” (Yuzhno-Sakhalinsk, September 22-26, 2014)], Yuzhno-Sakhalinsk, Publ. of Sakhalinskii filial Dal'nevostochnyi geologicheskii institut DVO RAN, 2014, pp. 242-246. (In Russian; abstract in English). Vladimirov A.M. Gidrologicheskie raschety [Hydrology calculations]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1990. 365 p. (In Russian; abstract in English). Vodogretskiy V.E. (ed.) Resursy poverkhnostnykh vod SSSR: v 20 vol. Vol.2: Kareliya i Severo-Zapad. Chast' 2. Prilozheniya. [Surface water resources of the USSR: in 20 vol. Vol. 2: Karelia and North-West. Part 2. Applica-tions]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1972. 278 p. (In Russian).