18-35-00441 мол_а. Выявление вклада нагонных явлений в поступление тяжёлых металлов в дельту Дона.

18-35-00441 мол_а. Выявление вклада нагонных явлений в поступление тяжёлых металлов в дельту Дона
 
Руководитель: Шевердяев Игорь Викторович
Исполнители Клещенков Алексей Владимирович, Третьякова Ирина Анатольевна
 
Проект направлен на изучение взаимодействия морских и речных вод в дельте Дона в условиях нестационарного стока. В современных условиях сокращения жидкого стока влияние морских и речных вод на содержание тяжёлых металлов в воде и в почве дельты Дона может измениться. Важная роль территории как для природных процессов (воспроизводство биологических ресурсов, влияние на акваторию Азовского моря), так и для хозяйственной деятельности (развитие Ростовской агломерации, транспорт, рыболовство) обуславливает актуальность проекта. Предлагаемый метод математического моделирования нагонов с учётом речного стока и продолжительных наблюдений за уровнем воды позволит получить количественную оценку поступления взвешенной и растворённых форм ТМ с нагонами в дельту Дона и сравнить её с поступлением с речным стоком. Для этого будет впервые для дельты Дона использована гидрологическая модель нагонов и оригинальная её гидрохимическая адаптация на основе наблюдений ЮНЦ РАН и литературных данных. Среди результатов проекта можно выделить: классификацию нагонов в дельте Дона по повторяемости, картосхемы шероховатости поверхности дельты Дона по сезонам и классам ландшафтов, районирование дельты по подверженности нагонам, картосхемы распределения форм ТМ в дельте Дона по фазам нагонов, оценку валового годового поступления форм ТМ и оценку вклада нагонов в поступление форм ТМ в дельту Дона.
На первый год реализации Проекта (2018 г.) были заявлено решение следующих задач:
1. Анализ повторяемости сгонов и нагонов в дельте Дона в 2014-2017 гг. Составление хода уровня на уровнемерах ЮНЦ РАН в х. Донском, в пос. Кагальнике и на "Взморье". Ранжирование сгонов и нагонам по сезонам, продолжительности и экстремумам. Определение характеристик сгонов и нагонов различной повторяемости и сравнение с литературными данными. Исполнители: И.А.Третьякова, И.В.Шевердяев
2. Сезонный ход шероховатости поверхности в дельте Дона (по данным съёмки Landsat). Отбор материалов космосъёмки дельты Дона 2000-2017 гг. Ранжирование их по сезонам. Расчёт индекса NDVI для отобранных съёмок. Выделение типов поверхности (растительности, водной поверхности, открытых и застроенных поверхностей). Составление сезонного хода NDVI для выделенных типов поверхностей. Составление картосхем шероховатости поверхности по сезонам. Исполнители: И.В.Шевердяев, А.В.Клещенков
3. Расчёты затопления дельты Дона при нагонных явлениях различной повторяемости в условиях переменной водности Дона. Составление сценариев расчётов затопления при нагонах различной повторяемости и при переменной водности Дона. Настройка модели HEC-RAS для расчётов перемещения воды при нагонах в условиях дельты Дона. Проведение модельных расчётов. Исполнители: И.В.Шевердяев, А.В.Клещенков
4. Зонирование дельты по подверженности нагонам при разном речном стоке. Выделение критериев зонирования дельты. Зонирование дельты. Исполнители: И.В.Шевердяев, А.В.Клещенков, И.А.Третьякова

Основные результаты по проекту

            В 2018 году были решены 4 задачи поставленные на первый год реализации проекта:
            1. На основе рядов наблюдений на уровнемерах в пос. Кагальник, в х. Донской и станции "Взморье" были составлены ходы уровня в трёх точках дельты Дона и придельтового участка Таганрогского залива в 2014-2018 гг. Были выделены группы нагонов по величине максимального уровня: обычные (подъём уровня до 0,5 м), умеренные (0,5-1,3 м), сильные (1,3-2,3 м) и экстремальные (более 2,3 м). Было посчитано количество зафиксированных наблюдений уровня и распределено по выделенным группам. Было получено соотношение выделенных групп нагонов по месяцам. Абсолютное большинство нагонов относились к слабым (около 50% времени или 80,6% от всех нагонов). Умеренные нагоны наблюдались всего менее 12% времени, что соответствует почти 20 % от всех нагонов. Время сильных нагонов составило менее 1%, они нечасты и кратковременны. Экстремальные нагоны наблюдались только в 2014 году. При этом прослеживается некоторая динамика по годам с повышенным временем нагонов в 2014 и 2016 годах (до 69,5% времени) и пониженным в 2015 и 2018 гг. (до 55% и 55,1% соответственно). Возможно, наблюдения колебания уровня в последующие годы позволят проследить межгодовую динамику уровня более детально.
 
Результаты решения задачи 1 были представлены в устных докладах И.А.Третьяковой на конференциях "Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем" и "Дельты рек России: закономерности формирования, биоресурсный потенциал, рациональное хозяйствования и прогнозы развития", прошедших в 2018 году.
 
2. В рамках решения задачи построения сезонного хода шероховатости в дельте Дона использовались материалы съёмки спутника Landsat 8 для построения карты распределения типов поверхности в пределах дельты Дона, а также для выявления динамики вегетационного индекса NDVI по месяцам. Выполнено сравнение полученной динамики вегетационного индекса с натурными данными по спаду уровня в ериках опытного участка ЮНЦ РАН на о. Свиной в дельте Дона. Получены данные по изменению шероховатости тростниковой растительности по месяцам на основе анализа динамики вегетационного индекса. Установлено, что минимальная шероховатость наблюдается в марте, максимальная – в июле.
 
Результаты решения задачи 2 были представлены в устном докладе А.В. Клещенкова на конференции "Дельты рек России: закономерности формирования, биоресурсный потенциал, рациональное хозяйствования и прогнозы развития", прошедшей в 2018 году.
 
3. Решение задач 1 и 2 позволило составить сценарии расчётов затопления на основе ранжирования нагонов по группам и максимальных и минимальных шероховатостей по месяцам. В модели HEC-RAS была построена расчётная сетка, покрывающая дельту Дона и пойму Дона ниже впадения р. Аксай в р. Дон. В ней задавались 2 граничных условия: динамика соответствующей различным группам нагонов уровня в придельтовой части Таганрогского залива на линии от х. Морской Чулек до х. Семибалки и величина расхода в Дону на линии, поресекающей русло у впадения р. Аксай. Сравнение результатов расчётов сценариев позволило оценить влияние шероховатости и водности Дона на процессы затопления дельты и поймы Дона.
 
Результаты решения задачи 3 были представлены в устном докладе И.В. Шевердяева на коференции "Дельты рек России: закономерности формирования, биоресурсный потенциал, рациональное хозяйствования и прогнозы развития", прошедшей в 2018 году.
 
4. Полученные в ходе решения задачи 3 результаты позволили разделить дельту и пойму Дона на характерные участки по подверженности влиянию факторов величины нагона, шероховатости и водности Дона. Было замечено, что величина максимального уровня воды при нагоне снижается от морского края дельты вверх по течению Дона. При этом снижение это неравномерно и позволяет выделить 4 характерных участка. Первый участок, "край дельты", примыкает краю дельты и простирается на 1-10 км вверх по течению. Этот участок в наибольшей степени подвержена затоплениям в результате нагонов вне зависимости от стока Дона. Здесь уровни воды и глубины затопления формируются в соответствии с динамикой уровня в Таганрогском заливе. Второй участок выделен как переходная зона между краем дельты и прирусловой частью, здесь максимальные уровни и время затопления сильно зависят от шероховатости тростниковых зарослей. Третий участок, "тихая заводь", выделена как участок, затапливаемый во время нагонов в последнюю очередь, максимальный уровень воды всегда снижен, а значит затопление слабее других районов вне зависимости от шероховатости тростниковых зарослей и расхода в Дону. На четвёртом участке, "прирусловой части", расход в Дону играет наибольшую роль в затоплении территории.
 
В результате решения задач 2018 года подготовлена и отправлена в редакцию журнала Наука Юга России статья «Опыт гидрологического моделирования нагонов в дельте Дона».