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.
 

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.



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