Быстрое меню


Русскоязычная часть:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
«Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»
(ЮНЦ РАН)
Год проведения

Категории

Деятельность


18-05-80010 Исследование и прогноз опасных гидрометеорологических и геолого-геоморфологических процессов в районах функционирования стратегических объектов на Азово-Черноморском побережье (исторические и современные аспекты).

Проект РФФИ № 18-05-80010 «Исследование и прогноз опасных гидрометеорологических и геолого-геоморфологических процессов в районах функционирования стратегических объектов на Азово-Черноморском побережье (исторические и современные аспекты)»

Руководитель: канд. биол. наук В.В. Титов

Начало проекта – 2018 г.

Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ЮЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК» (ЮНЦ РАН)

Работы в рамках проекта нацелены на изучение и прогнозирование изменений в прибрежной зоне Азово-Черноморского бассейна в связи с современными климатическими тенденциями и их проявлениями в наиболее опасных и разрушительных формах воздействия на берега и устьевые области рек, инфраструктуру морских портов, опор стратегических мостов (Крымский мост) и эстакад, рекреационные зоны, а также исследование возникающих масштабных экологических и социальных рисков в приморских зонах урбанизированного юга России. Эти территории в значительной степени подвержены воздействию таких опасных природных процессов, как вдольбереговые литодинамические потоки, сейши, штормовые ветра, аномальные осадки, оползни, сели, абразия берегов, наводнения и др. Интенсивная абразия берегов, заиление судоходных каналов и речных проток, деформации морского края речных дельт, экстремальные сгонно-нагонные изменения уровня моря, экстремальный дрейф и нагоны льда и др. процессы представляют собой угрозу безопасности стратегически значимых объектов.

Для проведения анализа и прогнозирования опасных природных явлений и катастроф, угрожающих целостности и функционированию объектов, необходим комплекс междисциплинарных морских и наземных исследований, направленных на выявление многолетних и многовековых закономерностей и тенденций изменения динамики опасных береговых процессов, литодинамики, в том числе мутьевых потоков, уровня моря, солёности и других гидрометеорологических явлений. Имеющаяся в ЮНЦ РАН база и накопленный опыт многолетних исследований позволяют выполнить поставленные задачи на высоком уровне.

Целью проекта является раскрытие механизмов формирования, закономерностей и прогноз опасных гидрометеорологических и геолого-геоморфологических процессов в районах функционирования стратегических объектов в береговой зоне Азово-Черноморского бассейна.

Задачи проекта:

- Изучение литодинамических процессов в прибрежной зоне, динамики изменения берегов, строение рельефа дна, скорости и закономерностей седиментации.

- Разработка, теоретическое исследование, численная и программная реализация комплексной математической модели процесса заиления подходных судоходных каналов, в частности, проложенных по дну Таганрогского залива к портам Таганрог, Ейск, а также к основному руслу реки Дон. Определение динамики изменения толщины активного слоя донных отложений, что позволит определить районы, где происходит размывание дна и где происходит заиление. Важной особенностью предлагаемой модели является то, что гидродинамическая составляющая содержит не только модель ветрового течения, но также и модель струи, образованной вращением гребного винта корабля и перемещающейся вместе с кораблем вдоль канала.

- Оценить и рассчитать процессы, создающие угрозу судоходству и функционированию Крымского моста: экстремальные скорости течений, в т.ч. сейшевые; перемещение из северо-западной части Керченского пролива в район моста больших скоплений сплоченных и торосистых льдов.

- Оценить и рассчитать по гидродинамической модели сейшевых движений скорости экстремальных сейшевых течений в рекреационных зонах и в районах расположения портов и гидротехнических сооружений, а также пространственные амплитудно-частотные характеристики первых пяти мод сейшевых колебаний уровня и выделить районы возможных кратковременных катастрофических наводнений в Азовском море.

- Исследование и прогноз опасных сгонно-нагонных явлений в Таганрогском заливе и проникновений соленых вод в рукава дельты р. Дон.

Результаты исследования:

В ходе первого года реализации проекта собраны литературные и архивные данные о глубинах устьевого взморья и рукавов дельты Дона, прибрежной литодинамике в Азовском море и в других водоёмах со сходными гидродинамическими условиями. Проведён ряд экспедиций и полевых выездов для изучения состояния вдольбереговых процессов, отбора проб и замеров необходимых данных. Было закуплено оборудование для обновления и расширения сети автономных гидрометеорологических постов на Азовском море, отслеживания течений, пробоподготовки и анализа проб.

- На основе анализа материалов дистанционного зондирования построена серия карт, отражающая динамику перераспределения стока между рукавами дельты Дона во время сгонных явлений.

- К Таганрогскому заливу Азовского моря адаптирована двухслойная математическая модель гидрофизических процессов в водоемах с большой неоднородностью глубин. Представленная модель позволяет проводить сквозной расчет гидрофизических параметров как в районах мелководья, так и в районах с относительно большой глубиной.

- Проанализированы имеющиеся на данный момент материалы по непериодическим и квазипериодическим перемещениям воды в Азовском море (одно-, двух-, трех- и пятиузловые сейшевые, а также инерционные течения), которые периодически приводят к опасным последствиям. Проведены новые измерения водных течений.

- Имеющаяся система автономных гидрометеорологических постов ЮНЦ РАН в дельте Дона и в Таганрогском заливе позволила детально проанализировать явление шквального ветра в дельте Дона 11 июля 2018 г.

- В результате исследований фитопланктона Азовского моря в 2018 г., описано опасное природное явление, связанное с возможными последствиями инвазии чужеродных морских видов в Таганрогский залив. Описано явление массового развития в Таганрогском заливе золотистой водоросли Ebria tripartita (Schum.)Lemm, приведены данные по ее численности, биомассе и возможных причинах вспышки численности.



За второй год реализации проекта (2019/2020) проведены экспедиционные исследования в Азовском море и на Нижнем Дону, собран материал для лабораторных исследований и математического анализа. Выполнены промежуточные расчёты ряда параметров водной среды. Продолжена работа по расширению и модернизации системы гидрометеопостов в Азовском море и на Нижнем Дону, необходимой для увеличения массива оперативных данных по состоянию водной и воздушной среды в условиях маловодности, и периодически повторяющихся катастрофических сгонно-нагонных явлений и других катастрофических явлений природного характера. В рамках проекта были получены следующие результаты:
1.В ходе экспедиционных исследований на НИС «Профессор Панов» в 2019 г. проведено измерение мутности воды и расчет твердого стока в основных рукавах дельты Дона. Анализ полученных данных совместно с результатами предыдущих исследований позволил установить, что в современный маловодный период общее сокращение твердого стока р. Дон в дельте Дона сглаживается действием морских факторов, таких как сгонно-нагонные явления.

Изменение мутности воды р. Дон в створе г. Азов в 2015-2019 гг.
 1 – мутность воды, 2 – уровень воды
 
2. Сформирован массив данных по интрузиям осолонённых вод из Таганрогского залива в дельту Дона, включающий в себя термохалинные характеристики поступающих вод, значения уровенного режима на различных участках устьевой области Дона (Таганрогский залив, хут. Донской, г. Ростов-на-Дону) и расходы воды в вершине устьевой области на гидропосту в ст. Раздорской за период 2014-2020 гг. Собраны и накоплены данные о современной термохалинной структуре вод дельты реки Дон, её перестройки под влиянием интрузивных течений из Таганрогского залива, дальности их распространения.
 

Значение электропроводности вод дельты реки Дон по результатам экспедиционных исследований НИС Профессор Панов в 2019 г. (А – апрель, Б –июль, В-сентябрь, Г-октябрь)
 
4. Проведено уточнение двухслойной модели гидрофизических процессов в части транспортной составляющей. Разработана математическая модель ветрового волнения в Таганрогском заливе; проведены расчеты распространения взвешенного вещества за счёт волнового воздействия на донный материал.
5. Численно исследован процесс распространения взвешенного донного материала вследствие проведения дноуглубительных работ на Таганрогском подходном канале; разработана модель переноса взвешенного вещества.
Изображение выглядит как текст, картаАвтоматически созданное описание Изображение выглядит как текст, картаАвтоматически созданное описание
Схема Таганрогского подходного канала и отвала грунта   Пятно взвеси на восьмые сутки после начала работы земснаряда в Таганрогском заливе при действии юго-западного ветра 7 м/с
 
6. Выполнены работы по оценке вклада мезомасштабных течений в динамику вод Азовского моря. Для гипермелководного Азовского моря вклад мезомасштабных движений в общую динамику вод моря оказался весьма существенным, несмотря на отсутствие в море такого мощного вида движений из мезомасштабного диапазона, как приливы. Показано, что сейшевые течения в Азовском море, приводя в движение всю массу воды, способствуют аэрации придонных вод и сильно влияют на гидрологический и гидрохимический режимы моря.

Распределение изотах максимальных скоростей течений в Азовском море при одно- (а), двух-(б), трех-(в) и пятиузловой сейше
 
7. Проанализировано влияние природных и антропогенных факторов на изменение гидрологического режима и перераспределение стока воды по рукавам в дельте Дона на историческом этапе за последние 320 лет активного вмешательства человека в гидроморфологические процессы. Анализ динамики максимальных значений водности бассейна р. Дон позволил выделить в XIX-XXI веках два крупных цикла. Первый охватывает период с 1880 по 1942 гг. Второй, более засушливый цикл, характерен для второй половины ХХ века. Явный спад водных ресурсов в бассейне Дона отражает эпоху маловодья и сказывается на перераспределении стока между рукавами в дельте реки. Строительство Цимлянской плотины, а в последующем Николаевского, Константиновского и реконструкция Кочетовского гидроузлов явилось мощным фактором дальнейшего искусственного преобразования рельефа авандельты и таганрогского взморья.

Многолетнее колебание объемов годового стока реки Дон на гидрологическом посту «Раздорская» в 1880–1951 гг. (естественный сток) и в 1952–2018 гг. (зарегулированный сток)
 
8. Выполнен анализ разных аспектов изучения «цветения» микроводорослей в Азовском море, которые связаны, как с развитием автохтонных пресноводных видов, так и с проникновением аллохтонных (чужеродных по происхождению) видов. К первой группе можно отнести ежегодное «цветение» цианопрокариот в Таганрогском заливе, а ко второй – спорадически возникающие вспышки численности морских динофитовых и диатомовых водорослей, чье появление в акватории Азовского моря связано с проникновением черноморских вод или заносом с балластными водами судов. На основании проведенных исследований, описаны случаи «цветения» микроводорослей на льду Таганрогского залива, а также массового развития морских диатомовых водорослей в лиманах восточного побережья Азовского моря. В результате анализа сделан вывод о существенном влиянии аллохтонных видов на видовое разнообразие микроводорослей Азовского моря. Сформулированы предложения по предотвращению негативных последствий этого явления.

цветения_Ильич.jpg

Пример «цветения» воды и замора рыбы в пос. Ильич (Таманский п-ов, 3 августа 2016 г.).