Обгрунтування граничних модулів схилового припливу підчас весняного водопілля на річках Вінницької області в сучасних кліматичних умовах
Альтернативна назва
Justification of the limiting modules of slope inflow during the spring flood on the rivers of Vinnytsia region under current climate conditions
Вантажиться...
Файли
Дата
2025
Науковий керівник
Укладач
Редактор
Назва журналу
ISSN
2311-0902
E-ISSN
2616-7271
Назва тому
Видавець
Одеський національний університет імені І. І. Мечникова
Анотація
У статті представлено комплексне гідрологічне дослідження характеристик максимального стоку підчас весняного водопілля на річках Вінницької області в сучасних кліматичних умовах. Актуальність роботи зумовлена зростаючою мінливістю клімату, трансформацією снігового режиму та зміною генезису весняних водопіль, що безпосередньо впливає на величину максимального стоку та пов’язаний із ним паводковий ризик.
Метою дослідження є визначення граничних значень максимальних модулів схилового припливу та аналіз сучасних умов формування весняного водопілля з використанням багаторічних рядів спостережень на 11 гідрологічних постах Вінниччини. У роботі застосовано методи статистичної обробки часових рядів максимальних витрат води та шарів стоку (метод моментів, метод найбільшої правдоподібності, гамма-розподіл Крицького–Менкеля), а також операторну модель формування стоку на основі теорії руслових ізохрон. Окремо виконано визначення характеристик схилового припливу — його тривалості та коефіцієнта нерівномірності — із використанням чисельних методів.
Аналіз кліматичних показників засвідчив сучасне (1991-2020 рр.) підвищення середньорічної температури повітря на 1,5–2,0 °С у порівнянні з періодом 1961–1990 рр., зменшення висоти снігового покриву та різке скорочення кількості днів зі снігом, що призводить до зниження водності весняних водопіль або трансформації їх у тало-дощовий тип. Статистичне опрацювання рядів весняного стоку показало, що середній шар стоку за водопілля змінюється в межах від 17 до 36 мм, а коефіцієнти варіації та асиметрії суттєво відрізняються залежно від морфологічних особливостей водозборів.
У процесі чисельних розрахунків визначено тривалість схилового припливу (136–404 год) та середнє значення коефіцієнта його нерівномірності. Розраховані граничні модулі схилового припливу 1-% забезпеченості ( ) становлять від 0,79 до 2,79 м³/с·км². Виявлено, що головним фактором просторової мінливості є висота водозбору, тоді як вплив широти та залісеності проявляється слабше. Просторовий розподіл граничних модулів показує максимальні значення у північній частині області (басейн Дніпра) та у верхів’ях Південного Бугу, найменші величини притаманні річкам басейну Дніпра в межах Вінницької області.
Отримані результати можуть бути використані під час водогосподарських та інженерних розрахунків, у тому числі для визначення максимальних витрат рідкісної забезпеченості, проєктування гідротехнічних споруд, оцінки паводкових ризиків та розроблення планів управління річковими басейнами Вінницької області.
Автори підкреслюють, що зміна клімату та тенденції до зменшення водопілля потребують врахування у майбутньому управлінні водними ресурсами регіону.
The relevance of this study is driven by the need to address a key scientific and applied problem—understanding the dynamics of maximum runoff formation during spring floods in the context of increasing climate variability. In Vinnytsia Region, the transformation of snow cover, altered flood genesis, and rising temperatures significantly influence maximum runoff values and associated flood risks. Therefore, identifying limiting characteristics of slope inflow under current climatic conditions is essential for sustainable water management and hydraulic engineering. Numerous studies have highlighted climate-induced changes in the hydrological regime of Ukrainian rivers; however, the dynamics of slope inflow formation and the spatial variability of maximum runoff modules for the rivers of the Vinnytsia Region remain insufficiently studied. Existing gaps relate primarily to the lack of quantitative assessments of extreme slope inflow modules and their dependence on watershed characteristics under contemporary climate trends. This article aims to determine the limiting values of maximum slope inflow modules and to assess the current hydrological conditions of spring flood formation using long-term observational data from hydrological stations across Vinnytsia Region. The study employs classical statistical techniques (method of moments, maximum likelihood estimation, and Kritzky–Menkel gamma distribution), as well as numerical methods for determining slope inflow duration and unevenness, and an operator-based runoff formation model grounded in channel isochrone theory. Presentation of the main research material. Based on multi-year observational data from 11 hydrological stations, the study demonstrates that current climatic conditions are characterized by a 1.5–2.0 °C rise in mean annual air temperature relative to 1961–1990, a marked decrease in snow cover depth, and a shortened snow-cover duration. These changes reduce the water yield of spring floods or transform them into mixed rain–snowmelt events. The mean spring flood runoff depth varies from 17 to 36 mm, with high spatial variability depending on basin morphology. Numerical calculations show that slope inflow duration ranges from 136 to 404 hours, while the limiting 1% slope inflow modules vary from 0.79 to 2.79 m³/s·km². Watershed elevation was identified as the dominant factor controlling spatial differences, whereas the influence of latitude and forest cover is less pronounced. The spatial distribution of the limiting modules shows the highest values in the northern part of the region (Dnieper basin) and in the upper reaches of the Southern Bug, while the lowest values are characteristic of the rivers of the Dnieper basin within Vinnytsia Region. The obtained results form an important scientific basis for assessing spring flood hazards, estimating rare-probability maximum discharges, designing hydraulic structures, and developing river basin management plans for the Vinnytsia Region. The study demonstrates that the observed reduction in spring flood water yield under climate change must be integrated into future regional water management and adaptation strategies. Further research will involve expanding the analysis to additional watersheds within the region using broader empirical datasets.
The relevance of this study is driven by the need to address a key scientific and applied problem—understanding the dynamics of maximum runoff formation during spring floods in the context of increasing climate variability. In Vinnytsia Region, the transformation of snow cover, altered flood genesis, and rising temperatures significantly influence maximum runoff values and associated flood risks. Therefore, identifying limiting characteristics of slope inflow under current climatic conditions is essential for sustainable water management and hydraulic engineering. Numerous studies have highlighted climate-induced changes in the hydrological regime of Ukrainian rivers; however, the dynamics of slope inflow formation and the spatial variability of maximum runoff modules for the rivers of the Vinnytsia Region remain insufficiently studied. Existing gaps relate primarily to the lack of quantitative assessments of extreme slope inflow modules and their dependence on watershed characteristics under contemporary climate trends. This article aims to determine the limiting values of maximum slope inflow modules and to assess the current hydrological conditions of spring flood formation using long-term observational data from hydrological stations across Vinnytsia Region. The study employs classical statistical techniques (method of moments, maximum likelihood estimation, and Kritzky–Menkel gamma distribution), as well as numerical methods for determining slope inflow duration and unevenness, and an operator-based runoff formation model grounded in channel isochrone theory. Presentation of the main research material. Based on multi-year observational data from 11 hydrological stations, the study demonstrates that current climatic conditions are characterized by a 1.5–2.0 °C rise in mean annual air temperature relative to 1961–1990, a marked decrease in snow cover depth, and a shortened snow-cover duration. These changes reduce the water yield of spring floods or transform them into mixed rain–snowmelt events. The mean spring flood runoff depth varies from 17 to 36 mm, with high spatial variability depending on basin morphology. Numerical calculations show that slope inflow duration ranges from 136 to 404 hours, while the limiting 1% slope inflow modules vary from 0.79 to 2.79 m³/s·km². Watershed elevation was identified as the dominant factor controlling spatial differences, whereas the influence of latitude and forest cover is less pronounced. The spatial distribution of the limiting modules shows the highest values in the northern part of the region (Dnieper basin) and in the upper reaches of the Southern Bug, while the lowest values are characteristic of the rivers of the Dnieper basin within Vinnytsia Region. The obtained results form an important scientific basis for assessing spring flood hazards, estimating rare-probability maximum discharges, designing hydraulic structures, and developing river basin management plans for the Vinnytsia Region. The study demonstrates that the observed reduction in spring flood water yield under climate change must be integrated into future regional water management and adaptation strategies. Further research will involve expanding the analysis to additional watersheds within the region using broader empirical datasets.
Опис
Ключові слова
максимальний стік, весняне водопілля, схиловий приплив, Вінницька область, гідрологічний аналіз, кліматичні зміни, раціональне водокористування, maximum runoff, spring flood, slope inflow, Vinnytsia Region, hydrological analysis, climate change, rational water use
Бібліографічний опис
Обгрунтування граничних модулів схилового припливу підчас весняного водопілля на річках Вінницької області в сучасних кліматичних умовах / В. А. Овчарук, Л. В. Кущенко, О. С. Тимко, В. В. Роїк. Український гідрометеорологічний журнал. 2025. № 34–35. С. 54–66.
УДК
556.51:556.114(477.43)