|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Речные наносы: формирование, пространственно-временная изменчивость, гидрологические и экологические функции (РФФИ)НИР
R
- Руководитель НИР: Чалов С.Р.
- Участники НИР: Айбулатов Д.Н., Косицкий А.Г., Пашкина М.П., Промахова Е.В., Романченко А.О., Самохин М.А., Терский П.Н., Цыпленков А.С., Школьный Д.И.
- Подразделение: Кафедра гидрологии суши
- Срок исполнения: 1 января 2015 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 15-05-05515а
- Номер ЦИТИС: 115020610099
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Изменения природной среды, общества и проблемы природопользования
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 37.27.19 Сток
- 37.27.21 Расчеты и прогнозы водного режима
- 37.27.25 Русловые процессы. Морфометрия
- 37.27.31 Гидрологические процессы в устьях рек
- 37.27.51 Гидрологические вопросы водного хозяйства
-
Ключевые слова:
изменение во времени, речные наносы, транспорт, изменение по длине рек, гидробиология, гидроэкологические функции, опасные гидрологические явления
-
Описание:
Проект направлен на теоретическое обоснование гидрологических и экологических функций речных наносов. Планируется изучить разнообразные аспекты влияния природных факторов и техногенных нагрузок на характеристики стока наносов в различных ландшафтных условиях; определить диапазоны изменения мутности и стока наносов, соответствующие фоновым и опасным изменениям русловых и устьевых процессов, экологического состояния рек. Для этого необходимо выполнить оценку эффективности существующих методов мониторинга над изменением мутности, расходов речных наносов в условиях совместного (или раздельного) влияния природных и техногенных факторов их изменения; изучить пространственно-временную изменчивость мутности речных вод в разных природно-техногенных условиях; обосновать и разработать методы космического и наземного мониторинга над быстрыми (с характерным временем от нескольких часов до продолжительности фаз водного режима) изменениями мутности речных вод. В условиях дефицита натурной информации потребуется использовать современный арсенал методов математического моделирования транспорта наносов на локальных и протяженных участках рек для имитации перемещения минеральных частиц природного и (или) искусственного происхождения. В рамках исследования намечено выполнить генетический анализ стока речных наносов в зависимости от наличия и масштабов воздействия антропогенных нагрузок на гидрологическое состояние водотоков. В рамках задач проекта находится обоснование роли речных наносов в изменении безопасности населения, хозяйства и водных экосистем. Для этого потребуется выявить тренды многолетних и сезонных изменений стока наносов на изученных реках для определения периодов усиления (или ослабления) роли речных наносов в дестабилизации их гидрологической и экологической безопасности. На основе собственных и опубликованных данных предстоит выполнить анализ влияния стока наносов на вероятность и опасность изменения русловых и устьевых процессов. При изучении экологических функций речных наносов планируется изучить условия нереста, обитания и воспроизводства популяций рыб лососевого комплекса в аномальных (вулканические районы) условиях формирования мутности воды, а также при высокой техногенной нагрузке, связанной с изменением гранулометрического состава и количества перемещаемых минеральных частиц при производстве горных работ.
-
Основные результаты:
Разработаны теоретические основы интегрального подхода к изучению переноса речных наносов в пределах эрозионно-аккумулятивных систем на основе средств пространственного анализа и численной оценки данных о стоке наносов и его составе. Проведено обобщение средств калибровки косвенных методов определения мутности воды (оптической и определяемой по космическим снимкам). Показаны факторы, влияющие на значения коэффициентов калибровочного уравнения для конкретных рек, связанные с зональными условиями формирования стока воды и наносов, степенью антропогенной нагрузки на водосборы, фазами водного режима, гранулометрическим составов взвешенных частиц, их генезисом (русловые, бассейновые), содержанием органического вещества в составе взвеси. Показано, что возможность применения дистанционных методов ограничена диапазоном изменения мутности от 0 до 500 г/м3, при этом погрешности использования регрессионных зависимостей изменяются от 10 до 29%. Обобщена натурная информация о пространственно-временной изменчивости стока наносов в пределах экспериментальных речных бассейнов. Исследованы особенности формирования стока наносов для бассейнов малых рек с ледниковым питанием, рек, протекающих в пределах вулканических территорий, и подверженных интенсивному хозяйственному воздействию. Проведена интегральная оценка вклада разных источников поступления наносов в реки, протекающие в районах открытых разработок россыпей в местах современного их освоения. Показано, что русловая эрозия в антропогенно преобразованных руслах определяет до 90 % техногенного изменения стока наносов. При этом наблюдающиеся изменения содержания химических элементов в составе взвешенных наносов (до 250 % по длине нарушенных участков рек) связаны преимущественно с русловыми источниками поступления материала (интенсификация русловых деформаций в руслоотводах). Эрозионные процессы вносят относительно малый вклад в поступление металлов с территорий разработок россыпей. Совмещение данных ретроспективного анализа русловых деформаций и двумерного гидродинамического моделирования показало, что для условий неустойчивых полугорных рек среднемноголетний объем стока наносов, формирующегося за счет русловой эрозии, достигает около 60 % от общего стока наносов. Исследованы особенности русловых деформаций в периоды пониженной и повышенной водности, определяющие трансформацию стока наносов. Для бассейна р. Селенги адаптирована технология бассейнового моделирования вещественных потоков. На этой основе выявлены масштабные эффекты трансформации стока наносов под влиянием хозяйственной деятельности, проявляющиеся в увеличении удельных значений стока наносов исключительно в пределах малых водосборов, протекающих ниже крупных центров горнодобывающей и обрабатывающей промышленности (Эрденет, Модонкуль и Бороо-гол). В бассейновом масштабе изменения стока наносов определяются преимущественно гидроклиматическими и орогидрографическими факторами и характеризуются отсутствием значимых связей с распространением нарушенных земель. Подобные оценки согласуются с существующими глобальными обобщениями о изменении стока наносов рек Мира.
- Добавил в систему: Алексеевский Николай Иванович
Соисполнители НИР
| Географический факультет МГУ | Координатор |
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Речные наносы: формирование, пространственно-временная изменчивость, гидрологические и экологические функции |
| Результаты этапа: Разработаны теоретические основы интегрального подхода к изучению переноса речных наносов в пределах эрозионно-аккумулятивных систем на основе средств пространственного анализа и численной оценки данных о стоке наносов и его составе. Проведено обобщение средств калибровки косвенных методов определения мутности воды (оптической и определяемой по космическим снимкам). Показаны факторы, влияющие на значения коэффициентов калибровочного уравнения для конкретных рек, связанные с зональными условиями формирования стока воды и наносов, степенью антропогенной нагрузки на водосборы, фазами водного режима, гранулометрическим составов взвешенных частиц, их генезисом (русловые, бассейновые), содержанием органического вещества в составе взвеси. Показано, что возможность применения дистанционных методов ограничена диапазоном изменения мутности от 0 до 500 г/м3, при этом погрешности использования регрессионных зависимостей изменяются от 10 до 29%. Обобщена натурная информация о пространственно-временной изменчивости стока наносов в пределах экспериментальных речных бассейнов. Исследованы особенности формирования стока наносов для бассейнов малых рек с ледниковым питанием, рек, протекающих в пределах вулканических территорий, и подверженных интенсивному хозяйственному воздействию. Проведена интегральная оценка вклада разных источников поступления наносов в реки, протекающие в районах открытых разработок россыпей в местах современного их освоения. Показано, что русловая эрозия в антропогенно преобразованных руслах определяет до 90 % техногенного изменения стока наносов. При этом наблюдающиеся изменения содержания химических элементов в составе взвешенных наносов (до 250 % по длине нарушенных участков рек) связаны преимущественно с русловыми источниками поступления материала (интенсификация русловых деформаций в руслоотводах). Эрозионные процессы вносят относительно малый вклад в поступление металлов с территорий разработок россыпей. Совмещение данных ретроспективного анализа русловых деформаций и двумерного гидродинамического моделирования показало, что для условий неустойчивых полугорных рек среднемноголетний объем стока наносов, формирующегося за счет русловой эрозии, достигает около 60 % от общего стока наносов. Исследованы особенности русловых деформаций в периоды пониженной и повышенной водности, определяющие трансформацию стока наносов. Для бассейна р. Селенги адаптирована технология бассейнового моделирования вещественных потоков. На этой основе выявлены масштабные эффекты трансформации стока наносов под влиянием хозяйственной деятельности, проявляющиеся в увеличении удельных значений стока наносов исключительно в пределах малых водосборов, протекающих ниже крупных центров горнодобывающей и обрабатывающей промышленности (Эрденет, Модонкуль и Бороо-гол). В бассейновом масштабе изменения стока наносов определяются преимущественно гидроклиматическими и орогидрографическими факторами и характеризуются отсутствием значимых связей с распространением нарушенных земель. | ||
| 2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Речные наносы: формирование, пространственно-временная изменчивость, гидрологические и экологические функции |
| Результаты этапа: Исследованы тенденции многолетней изменчивости стока взвешенных наносов на реках Российской Федерации. Отмечено их изменение в начале XXI века по сравнению со второй половиной XX века. Значительная пространственная неоднородность определяется отличиями в изменениях водного стока и хозяйственной деятельности в разных регионах Российской Федерации. В конце XX-XXI веков максимальное увеличение стока наносов было характерно для рек Восточной Сибири (от 2-3 кратного на крупных реках до 10-кратного увеличения модуля стока наносов на малых реках), что связано с последствиями горнодобывающей деятельности и активизацией термоэрозии в условиях климатического повышения водности. Максимальное снижение стока наносов (до 3-4 кратного уменьшения модуля стока наносов) характерно для ряда южных регионов Европейской территории РФ и Сибири, что объясняется уменьшением водности рек, консервацией сельскохозяйственных земель и перехватом стока наносов водохранилищами. Разработаны методические основы и проведена адаптация для тестовых регионов прогностических оценок стока наносов в пределах речных бассейнов в условиях изменений климата и техногенных нагрузок в XXI веке. Предложена функциональная классификация моделей, задействованных при выполнении прогнозных оценок. Выделены численные методы, описывающие процессы на водосборе и характеризующие поступление вещества в речную систему (бассейновые, или эрозионные модели), и определяющие трансформацию потоков наносов и сопутствующих химических элементов в пределах речных русел. Отработана технология дистанционного определения мутности речных вод. Предложена классификация областей применимости различных съемочных систем для оценки мутности воды в реках: для рек с шириной от 10 м – снимки сверхвысокого разрешения (IKONOS, QuickBird и др.); для рек с шириной от 60 м – снимки среднего разрешения (SPOT, LandSAT); для рек шириной более 500 м шириной - снимки низкого разрешения (SeaWIFS, Terra MODIS). Разработаны способы оценки вертикального распределения мутности воды по глубине больших рек, в основе которых используется проникновение волн красного видимого участка спектра на небольшую глубину - около 6 метров, желтого – на глубину около 18 метров, оранжевого - 12 метров, а синего и зеленого – на глубину около 36 метров. На основе интеграция результатов эрозионного бассейнового моделирования и гидрометрических наблюдений за стоком наносов, а также дешифрирования космических снимков, проведены многолетние и сезонные оценки баланса наносов речных бассейнов, участков рек и дельтовых областей. В пределах бассейна р. Лены изучена пространственная неоднородность вклада русловых деформаций в сток взвешенных наносов, увеличивающаяся от 20 % в бассейнах средних рек до 60-70 % на крупнейших реках. Воспроизведены изменения вклада эрозионных процессов на водосборе в сток наносов, которым наиболее сильно подвержены водосборы малых рек (двухкратное увеличение стока наносов в связи с расширением территории добычи золота с 2005 и 2015 на реках о. Сахалин). Исследована сезонная динамика баланса наносов дельтовых областей – в дельте Селенги что баланс взвешенных наносов принимает отрицательные значения (преобладание эрозии) исключительно при низкой водности (менее 1500 м3/с), в то время как при расходах воды более 1500 м3/с в дельте наблюдается только снижение стока взвешенных наносов. Разработана классификация экологических функций речных наносов. Сделан вывод о том, что речные наносы являются важнейшим фактором среды обитания рыб разных групп и оказывают наиболее выраженное влияние на формирование ихтиофауны и в значительной мере проявляются в пространственной неоднородности ихтиокомплексов. Выделены 4 группы экологически значимых параметров (характеристик) транспорта речных наносов, проявляющихся на разных уровнях функционального воздействия на основные группы рыб, встречающихся в реках России (лососевые, сиговые, сомовые, окуневые, карповые): мутность воды (1), гранулометрический состав взвешенных наносов (2), интенсивность осаждения взвеси (3), химический и минералогический состав взвеси (3). Они характеризуются разными функциональными эффектами - поведенческими (1), механического контакта (2), угнетения нереста (3) и токсичного влияния (4). | ||
| 3 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Речные наносы: формирование, пространственно-временная изменчивость, гидрологические и экологические функции |
| Результаты этапа: 1. Классификация водосборов средних рек России по степени техногенного изменения стока наносов за счет преобразования речных долин горными работами, ее сопоставление с многолетними тенденциями стока наносов 2. Оценка влияния изменений мутности и стока наносов на изменение уязвимости населения, социальных и производственных объектов в долинах рек в разных регионах России, в том числе исследование современной изменчивости мутности воды рек Российской Федерации по данных мониторинга (база данных АИС ГМВО, 482 гидрологических поста с декадными измерениями мутности за 2008-2014гг.). 3. Разработка формально-статистических моделей стока наносов и содержания химических элементов в составе взвеси на основе мультирегрессионного анализа с ландшафтно-гидрологическими характеристиками водосборов 4. Апробирование интегральной схемы прогноза стока наносов и современных средств мониторинга быстрых и медленных изменений характеристик стока речных наносов (косвенные методы, методы дистанционных исследований, математические модели процессов) для тестовых речных бассейнов 5. Определение генетической значимости процессов изменения мутности и стока наносов на участках их экспериментальных исследований в разных природных и техногенных условиях 6. Исследование экологических функций речных наносов для основных групп рыб, встречающихся в реках России (лососевые, сиговые, сомовые, окуневые, карповые), характеристика их пространственной и временной изменчивости 7. Обоснование принципов нормирования хозяйственной деятельности по нагрузке на речные экосистемы с учетом гидрологических и экологических эффектов изменения стока наносов и размера водосборов; 8. Закономерности влияния изменений мутности, характеристик транспорта взвешенных и влекомых наносов, их геохимического состава на развитие (прогресс, деградация и исчезновение) ихтиофауны | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".