Short-term runoff forecasting of the Ussuri River: methodology and specifics

Authors

DOI:

https://doi.org/10.34753/HS.2024.6.3.231
+ Keywords

model, calibration, short-term forecast, water discharge, inundation, flood

+ Abstract

Nowadays, short-term river runoff forecasting remains one of the key and very important issues in terms of application in land hydrology. Obtaining a quality forecast remains a difficult problem despite the long history of developing methods for short-term hydrological forecasts and the availability of advanced modeling tools. The difficulties of solving this problem lie in the lack of a complete understanding of the runoff formation process, as well as the shortage of reliable and complete observation data. The article examines an example of developing a methodology for short-term forecasting of the Ussuri River runoff – the Kirovsky gauging station (catchment area 24400 km2). The main part of the basin is located in Primorsky Region, within the Sikhote-Alin mountain system. The East-Asian extratropical monsoon regularly develops in this region, due to which the most characteristic element of the hydrological regime is high rain floods, causing extensive destructive floods. Modern spatially distributed runoff models have already become a generally accepted tool for solving a wide variety of hydrological problems. However, experience of their application in Russia, specifically for short-term runoff forecasting, is still very limited, especially for rivers with a rain-fed regime. The aim of the study is to develop a methodology for creating effective methods for short-term forecasts of rain floods in the basins of rivers of the Far-Eastern type of regime based on modern modeling tools – a runoff formation model based on the ECOMAG information and computing complex and the WRF mesoscale meteorological model. The authors examined in detail the various stages of creating a short-term forecast method. First, this is the development of a quasi-distributed physically-based hydrological model of a river basin, its calibration and verification. Second, the development of a forecasting scheme and algorithms using forecast data from the WRF meteorological model, testing the forecast scheme on independent data. Third, the selection and justification of the technique for introducing operational corrections to the results of model runoff forecasting, and a comprehensive assessment of the quality of the forecasts obtained.

+ Author Biographies

Zoya A. Suchilina

Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences, engineer

SPIN-code: 8777-1177; ORCID: 0000-0002-2668-7408

Boris I. Gartsman

Doctor of Geographical Sciences, Associate Professor
Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher

SPIN-code: 7792-9120; AuthorID: 66814; WoS ResearcherID: Q-5672-2016; Scopus AuthorID: 24438012800; ORCID: 0000-0002-5876-7015

Leonid V. Gonchukov

Far Eastern Regional Hydrometeorogical Research Institut, Senior Researcher

SPIN-code: 8117-1313, AuthorID: 795608; ORCID 0000-0001-5401-2689; Researcher ID B-5482-2015; Scopus Author ID: 57200211567

+ References

Борщ С.В., Симонов Ю.А., Христофоров А.В. Прогнозирование стока рек России. М.: Гидрометцентр, 2023. 200 с.

Гарцман Б.И. Дождевые наводнения на реках юга Дальнего Востока: методы расчетов, прогнозов, оценок риска. Владивосток: Дальнаука, 2008. 223 с.

Гарцман Б.И. Оценка качества моделирования и прогнозирования в гидрологии – рассуждение о методе // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2023. Т. 5. Вып. 3. С. 228–243. DOI: 10.34753/HS.2023.5.3.228.

Гарцман Б.И., Губарева Т.С. Прогноз гидрографа дождевых паводков на реках Дальнего Востока // Метеорология и гидрология. 2007. № 5. С. 70–80.

Гарцман Б.И., Губарева Т.С., Бугаец А.Н., Макагонова. М.А. Краткосрочный прогноз притока воды в водохранилище Бурейской ГЭС // Гидротехническое строительство. 2009. № 1. С. 11–20.

Гарцман И.Н., Лыло В.М., Черненко В.Г. Паводочный сток рек Дальнего Востока // Тр. ДВНИГМИ. Вып. 34. 1971. С.165.

Краткосрочный прогноз притока воды в Бурейское водохранилище на основе модели ECOMAG с использованием метеорологических прогнозов / Мотовилов Ю.Г., Балыбердин В.В., Гарцман Б.И., Гельфан А.Н., Морейдо В.М., Соколов О.В. // Водное хозяйство России. №1. 2017. С. 78 – 102.

Кучмент Л.С. Гидрологическое прогнозирование для управления водноресурсными системами. Итоги науки: Гидрология суши. М., 1981. 193 с.

Львович М.И. Опыт классификации рек СССР // Тр. ГГИ. 1937. №6. С. 28–38.

Моделирование формирования стока в бассейне р. Уссури на базе модели Ecomag / Мотовилов Ю.Г., Бугаец А.Н., Гарцман Б.И., Гончцуов Л.В., Калугин А.С., Лупаков С.Ю., Морейдо В.М., Сучилина З.А., Фингерт Е.А.// Водные ресурсы: новые вызовы и пути решения. Сборник научных трудов: посвящается Году экологии России и 50-летию Института водных проблем РАН. Институт водных проблем Российской академии наук, Российский информационно-аналитический и научно-исследовательский водохозяйственный центр. 2017. С. 247–252.

Мордовин А.М. Водные ресурсы Амурско-Комсомольского территориально-производственного комплекса (А-К ТПК) и прогноз их изменения под влиянием хозяйственной деятельности // Формирование вод суши юга Дальнего Востока: сб. научных трудов/ Под ред. А.М. Мордовина. Владивосток: ДВО АН СССР, 1988. С. 9–21.

Мотовилов Ю.Г., Гельфан А.Н. Модели формирования стока в задачах гидрологии речных бассейнов. М.: Российская академия наук, 2018. 296 с. DOI: 10.31857/S9785907036222000001.

Наставление по службе прогнозов. Раздел 3. Ч.1. Прогнозы режима вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 194 с.

Гарцман Б.И., Лупаков С.Ю. Опыт сценарного прогноза режима максимального стока рек Уссури и Бурея под влиянием климатических изменений // Водные ресурсы: новые вызовы и пути решения. Cборник научных трудов: посвящается Году экологии в России и 50-летию Института водных проблем РАН. Институт водных проблем Российской академии наук, Российский информационно-аналитический и научно-исследовательский водохозяйственный центр. 2017. С. 501–506.

Оценка изменений режима паводкового стока реки Уссури с учетом современных климатических проекций до конца XXI века / Гарцман Б.И., Лупаков С.Ю. // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2019. Т. 1. Вып. 1. С. 52–70. DOI: 10.34753/HS.2019.1.1.006.

Стоценко А.В. Проблема реки Амура и его крупнейших притоков (Зеи, Буреи, Сунгари, Уссури). Владивосток: Приморское книжное издательство, 1958. 63 с.

Тетерятникова Е.П. Некоторые особенности дождевого (муссонного) стока реки Амур // Формирование вод суши юга Дальнего Востока: сб. научных трудов / Под ред. А.М.Мордовина. Владивосток: ДВО АН СССР, 1988. С. 4–9.

Условия формирования стока: комплексные исследования на экспериментальных водосборах в верховьях р. Уссури / Гарцман Б.И., Шамов В.В., Губарева Т.С., Лупаков С.Ю., Бугаец А.Н., Кожевникова Н.К., Болдескул А.Г., Луценко Т.Н., Пшеничникова Н.Ф., Гончуков Л.В. // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2023. Т. 511. № 2. С. 261–267.

Фалько В.В. Моделирование гидрографа летне-осеннего стока с учетом водоохранной роли леса для малых водосборов Приморья. Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. Уссурийск, 2002. 213 с.

Шаликовский А.В. Серия наводнений в бассейне реки Амур: анализ формирования, механизмы международного взаимодействия // Управление водными ресурсами. 2022. №2. С. 27–37. DOI: 10.35567/19994508_2022_2_3.

Gartsman B. I., Solomatine D. P., Gubareva T. S. A method of multi-site calibration of distributed hydrological models based on the Nash-Sutcliffe efficiency. Geography, environment, sustainability, 2024, 17(4), pp. 76–87. DOI: 10.24057/2071-9388-2024-3564.

Gubareva T.S., Gartsman B.I. Flood discharges estimation in the Amur Basin: alternative approach and spatial relations. Flood, from Defence to management. London, Taylor & Francis Group, 2005, pp.195–204.

Skamarock W. C., Klemp J. B., Dudhi, J., Gill D. O., Barker D. M., Duda M. G., Powers J. G. A Description of the Advanced Research WRF Version 3. Technical Report, 2008 (June), 113. DOI:10.5065/D6DZ069T.

+ Read article online

Downloads

Published

2025-06-06

Issue

Section

Methods, models and technologies

How to Cite

Suchilina, Z. A., Gartsman, B. I., & Gonchukov, L. V. (2025). Short-term runoff forecasting of the Ussuri River: methodology and specifics . Hydrosphere. Hazard Processes and Phenomena, 6(3), 231-249. https://doi.org/10.34753/HS.2024.6.3.231

Most read articles by the same author(s)

Loading...