ИСТИНА

Для оценки изменения гидроэкологической безопасности территорий, водных объектов, участков рек и морских побережий обобщены результаты исследований изменчивости характеристик речного стока, водного режима, русловых, устьевых, гидробиологических процессов для многих речных бассейнов нашей страны и крупных регионов – арктической территории РФ, равнинной части европейской территории России (ЕТР), бассейна Селенги, Камчатки, трансграничных бассейнов Иртыша и Урала. Детальные исследования по регионам и субъектам ЕТР позволили установить общие закономерности и особенности формирования водных ресурсов пресных подземных и поверхностных вод; характеристик водообеспеченности территорий и населения; величины дефицита водных ресурсов. При изучении изменчивости стока и водных ресурсов трансграничных рек был проведен анализ природных и социально-экономических условий на территории Иртыша и Селенги, позволивший определить важнейшие проблемы их водного хозяйства. Получены новые сведения о современном механизме формирования стока рек ЕТР в период весеннего половодья. На основе полученных данных за период 1946–2010 гг. выявлены изменения в характере естественной зарегулированности стока рек. Показано, что изменение характера весеннего половодья тесно связано с другими фазами водного режима. Выявлены изменения характеристик паводков в различные сезоны года, проведен анализ и статистическая обработка этих изменений в разных природных условиях. С помощью авторской оригинальной программы предложена параметризация наблюдаемых изменений на основе генетического расчленения суточного гидрографа реки на основе методики Б. И. Куделина. На основе анализа обширного массива гидрологических данных изучены особенности изменений компонентов речного стока и гидрологических ограничений природопользования в крупнейших дельтах российской Арктики. Выявлены закономерности и причины внутригодовой и многолетней изменчивости стока воды, наносов и теплоты, обоснованы тенденции их возможных изменений в XXI в. Оценены последствия изменения стока и гидрологического режима в арктических дельтах. Для оценки влияния возможных климатических изменений на экстремальные гидрологические характеристики была произведена адаптация модели формирования стока ECOMAG для моделирования стока в бассейнах северных рек (рр. Северная Двина, Мезень, Печора, Пур, Надым). Калибровка и верификация модели по данным за 1979 – 2009 гг. показали удовлетворительные и хорошие результаты. Для исследования реакции стока на возможные изменения климата в бассейнах рек Пур, Надым, Северная Двина, Мезень и Печора были проведены сценарные расчеты с учетом возможных изменений температуры воздуха на +1, +2 и -1⁰С и осадков на 10, 20 и -10%. На примере наводнений и ледовых явлений рассмотрены современные подходы и возможности оценки влияния опасных гидрологических явлений на безопасность населения и объекты экономики в пределах освоенных участков рек (реки Сухона и Северная Двина, Томь, Амур, Лена). Изучены особенности моделирования затопления пойм в период весеннего половодья с учетом различных типов русла, характера пойм, особенностей хозяйственной деятельности. Проведена оценка чувствительности моделей к составу и детальности исходных данных о морфометрических характеристиках русла и поймы. Влияние многолетней и сезонной изменчивости гидрологических характеристик на показатели качества воды продемонстрировано на примере водохранилищ канала имени Москвы, для которых оценены изменения величины фитопланктона, определяющего процессы евтрофирования водоемов. Для средних и малых рек Подмосковья по данным экспедиционных исследований 2015 г. получены оценки многолетней изменчивости (по сравнению с периодом 1978-1995 гг.) биотического индекса Вудивиса, также используемого для характеристики качества воды. Изменчивость стока наносов изучалась как на глобальном уровне (для рек земного шара), так и для отдельных речных бассейнов. Выполнено обобщение оценок изменения среднемноголетнего выноса твердого материала в акваторию Мирового океана, свидетельствующее о его увеличении на 2,3 ± 0,6 млрд тонн (относительно природных величин) вследствие развития ускоренной эрозии почв и уменьшении на 1,4 ± 0,3 млрд тонн в результате аккумуляции наносов на дне водохранилищ. Условия и особенности формирования стока наносов, их пространственной и временной изменчивости подробно изучены для рек Камчатского края, бассейна р. Селенга. Проведен анализ многолетних данных об изменении содержания растворенного кислорода в воде рек бассейнов Волги, Оби, Лены, Амура - выше и ниже источников хозяйственного воздействия (всего рассмотрено около 100 парных пунктов, за период 1988—2007 гг.). Примерно для половины рассмотренных участков рек фиксируются редкие и небольшие изменения содержания кислорода ниже источников воздействия. Сильной антропогенной трансформации подвержены малые реки в крупных населенных пунктах. Изучение временной и пространственной изменчивости различных составляющих стока позволило перейти к параметризации гидрологических характеристик, соответствующих различным условиям водопользования и существования гидробионтов. Авторская методика комплексной оценки гидроэкологических ограничений на бассейновом уровне организации водопользования основана на анализе совокупности параметров, характеризующих изменение состояния водных объектов под влиянием природных процессов и хозяйственной деятельности. Использование этой методики для условий водопользования в бассейне Иртыша показало ее эффективность в условиях сложного сочетания гидрологических ограничений. Для рек Камчатки для оценки силы воздействия химических загрязнителей на развитие рыб адаптировалась методика параметризации влияния качества воды на состояние сообществ лососевых рыб по средней кратности превышения нормативов наблюдаемых концентраций по 12 наиболее распространенным примесным элементам. Влияние антропогенного воздействия на водные ресурсы речных бассейнов с использованием соответствующей шкалы параметризации рассмотрено также на примерах реки Ишим и Селенга. Для оценки опасности различных гидрологических процессов были предложены различные шкалы параметризации между изменениями речного стока и степенью выраженности данных явлений. Шкала параметризации для оценки использования водных ресурсов (водного стресса) была дополнена расчетами дефицита водных ресурсов для всех субъектов европейской территории нашей страны. Для оценки опасности наводнений был предложен комплекс показателей, характеризующих площадь, продолжительность и глубину затопления при прохождении максимального стока, вероятность этих событий и степень воздействия на население и хозяйство. Одновременно определяется комплекс социально-экономических показателей, учитывающих материальные ресурсы освоенной территории и величину потенциального ущерба в случае ее затопления. Детальность данных определяется масштабом исследований. В текущем году дополнена база данных и построены карты для отдельных признаков опасности наводнений в пределах речных бассейнов ЕТР. Параметризация опасных ледовых явлений включает оценку изменчивости сроков ледовых явлений, учет их продолжительности, повторяемости формирования максимального годового уровня воды в период с ледовыми явлениями, вероятности затопления поймы в период образования затора льда. Одним из вариантов комплексной параметризации русловых процессов является разработка критериев, оценивающих различные участки рек по сложности их водохозяйственного, транспортного, гидротехнического освоения, предотвращения опасных проявлений русловых процессов и т.д. Такими критериями являются: 1) устойчивость русла и интенсивность русловых деформаций; 2) морфодинамический тип русла; 3) водность реки, определяющая основные морфометрические характеристики русла; 4) условия прохождения руслоформирующих расходов воды; 5) распространение и режим перекатов, перекатный или плесовый характер русла; 6) распространение, морфология и затопляемость поймы; 7) размывы берегов рек; 8) распространение тех или иных форм излучин, разветвлений и других форм русла. Для каждого критерия как признака, на основе которого оценивается сложность и опасность русловых процессов, определены параметры – количественные (числовые) значения или качественные характеристики, обосновывающие типизацию участков реки, объемы мероприятий по обеспечению безопасности водохозяйственных, воднопутейских мероприятий и гидротехнических сооружений на реках, экономическую целесообразность их выполнения. Их применение на р. Оби позволило выделить восемь участков разной протяженности, отличающихся по условиям судоходства, необходимости выполнения и объему дноуглубительных работ для его обеспечения, дать оценку влияния на них других инженерных и водохозяйственных мероприятий. Рассмотрены различные подходы параметризации характеристик качества воды с диагностикой возникновения изменений экологического состояния рек. Сравнительная оценка результатов оценки качества воды разными методами проведена для рек и озер Норильского гидрологического района, активно используемых в промышленности, а также для замыкающих створов крупных рек европейской части Арктического бассейна – Северной Двины, Онеги, Мезени и Печоры. При определении степени отклонения гидроэкологического состояния водохранилищ оценены значения критериальных диапазонов наиболее важных показателей качества воды (Гидроэкологический режим…, 2015). Для этого проведены численные эксперименты по модели В.В. Пуклакова (Пуклаков, 1999). В качестве таких характеристик рассматривались: биомасса фитопланктона (средняя за вегетационный сезон и эпизодически максимальная), объем (в процентах) зоны аноксии; продолжительность существования такой зоны. Рассмотрена возможность наступления состояния «риск», «кризис» для Можайского и Истринского водохранилища, в водохранилищах канала имени Москвы в случае сильно изменяющегося годового притока воды. Параметризация для оценки опасных гидрологических явлений в устьях рек разработана отдельно для устьев больших рек, где она определяется соотношением речных и морских факторов (на примере устья Терека), и малых рек (на примере побережья Черного моря). Для последних рек важным результатом стала параметризация не только речного стока, но и атмосферных осадков, позволившая определить их критические суточные значения для разных месяцев холодного периода года. Проведен литературный обзор шкал параметризации характеристик речного стока для диагностики экологического состояния рыбных сообществ. Показано, что существующие подходы направлены на классификацию состояния сообществ лишь по отдельным компонентам речного стока, что не отвечают требованиям включения в систему гидрологических, гидрохимических и русловых факторов. Оценка эффективности шкал параметризации характеристик речного стока для диагностики экологического состояния рыбных сообществ проведена для бассейна Селенги и рек Камчатки. На основе обобщения сведений о пересыхании и промерзании рек, повышенной мутности речных вод и заилении донного субстрата, химическом составе речных вод с избыточной концентрацией тяжелых металлов, евтрофикации рек и загрязнении речных вод органическими и ароматическими соединениями и нарушениями мест нереста, нагула и зимовки рыб для бассейна Селенги предложена региональная экологическая классификация трансформации речных экосистем. Выполнен анализ лимитирующих и критических параметров водного стока для воспроизводства лососевых рыб на примере районов полуострова Камчатка со значительной пространственно-временной изменчивостью водного режима.