ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Климатические изменения, наблюдаемые в последние десятилетия во многих районах России, оказывают значительное влияние на функционирование экосистем и социально-экономические условия жизни населения. В южной части Восточно-Европейской равнины на фоне общей тенденции к потеплению прогнозируется увеличение засушливости климата, ухудшение водообеспеченности, общее снижение речного стока. В то же время отмечается и прогнозируется увеличение повторяемости ситуаций, способствующих развитию экстремальных явлений. В частности, усиление ветрового волнения над акваториями южных морей может вызывать экстремальные нагоны, приводящие к катастрофическим наводнениям, с выпадением аномальных осадков на водосборах были связаны экстремальные паводки на реках Азово-Черноморского бассейна, отмечавшиеся в 2012 г. Отмечаемые изменения гидрологического режима, сочетающиеся с усилением антропогенной нагрузки на речные бассейны, существенным образом влияют на потоки химических элементов и соединений в речных водах, что в свою очередь отражается на функционировании сообществ водных организмов и эколого-токсикологическом состоянии водных объектов. Данное исследование направлено на выявление количественных характеристик потоков растворенных и взвешенных веществ в устьях крупных рек юга России. Изучение их миграции и аккумуляции особенно актуально для таких геохимически макро-подчинённых ландшафтов, как устья крупных рек, где происходит принос вещества со всего бассейна и соответственно накапливается информация об экологическом состоянии крупной территории. Предполагается использование бассейнового подхода к анализу потоков веществ, который позволяет выявить природную геохимическую специализацию водосборов, определить роль притоков разного порядка в формировании жидкого и твердого стока, оценить влияние источников загрязнения, а также провести количественную параметризацию осаждения химических элементов и соединений в устьевых областях рек и их выноса в приемные водоемы. Он предполагает выявление качественных или количественных связей между природно-антропогенными характеристиками водосборов и балансом загрязняющих веществ. Проект направлен на выявление количественных характеристик потоков тяжелых металлов, металлоидов (ТММ), битуминозных веществ (БВ) и бенз(а)пирена (БП) в устьевых областях крупных рек юга России (Волга, Дон, Кубань), их выноса в растворенных и взвешенных формах в Каспийское и Азовское моря. Главное внимание планируется уделить стоку ТММ, БВ и БП в периоды с наибольшими расходами воды (половодья, паводки), когда проходит основная часть стока растворенных и взвешенных веществ. Это с одной стороны слабо изучено, с другой – обусловлено ростом повторяемости экстремальных атмосферных осадков на ЕТР.
The climatic changes observed in recent decades in many regions of Russia have a significant impact on the functioning of ecosystems and the socio-economic conditions of life of the population. In the southern part of the East European Plain, according to the general trend towards warming, an increase in the aridity of the climate, a deterioration in water supply, and a general decrease in river flow are projected. At the same time, it is noted and predicted an increase in the frequency of situations that contribute to the development of extreme events. In particular, an increase in wind waves over the waters of the southern seas can cause extreme surges leading to catastrophic floods, with the precipitation of abnormal precipitation in the catchments, extreme floods on the rivers of the Azov-Black Sea basin noted in 2012 were noted. The changes in the hydrological regime, combined with the intensification anthropogenic pressure on river basins, significantly affect the flow of chemical elements and compounds in river waters, which in turn affects the functioning the association of aquatic organisms and the ecological-toxicological state of water bodies. This study is aimed at identifying the quantitative characteristics of fluxes of dissolved and suspended substances in the mouths of major rivers in the south of Russia. The study of their migration and accumulation is especially important for such geochemically macro-subordinate landscapes as the mouths of large rivers, where the substance is brought from the entire basin and, accordingly, information on the ecological state of a large area accumulates. The use of the basin approach to the analysis of the flow of substances is suggested, which makes it possible to identify the natural geochemical specialization of catchments, determine the role of tributaries of different order in the formation of liquid and solid runoff, assess the influence of pollution sources, and quantify the deposition of chemical elements and compounds in river estuaries and their removal into the receiving reservoirs. It involves identifying qualitative or quantitative links between the natural-anthropogenic characteristics of catchments and the balance of pollutants. The project aims to identify the quantitative characteristics of the fluxes of heavy metals, metalloids (TMM), bituminous substances (BV) and benz (a) pyrene (BP) in the mouth areas of major rivers in southern Russia (Volga, Don, Kuban), their removal in dissolved and suspended forms in the Caspian and Azov Seas. The main attention is planned to be given to the discharge of TMM, BV and BP in periods with the greatest water discharge (flood, floods), when the bulk of the runoff of dissolved and suspended substances passes. This, on the one hand, has been poorly studied, on the other hand it is due to the increase in the frequency of extreme precipitation in the south of Russia.
1. Геоинформационные базы данных ландшафтно-геохимических и гидрологических характеристик и параметров землепользования водосборов рек Волги, Дона и Кубани, база гидролого-геохимических данных, ретроспективная композиция мультиспектральных разномасштабных снимков на период с 1980-х гг. на устьевые области рек 2. Оценки потоков взвешенных наносов на ключевых створах Волги, Дона и Кубани. Значения годовых и сезонных потоков тяжелых металлов, металлоидов, битуминозных веществ и бенз(а)пирена, оценки геохимической дифференциации массивов данных концентраций химических веществ, результаты оценки статистических параметров выборок состава элементов речного стока, абсолютные, нормированные и относительные элементограммы, результаты расчетов коэффициентов концентрации и рассеяния, экологической опасности, полиэлементной антропогенной нагрузки, интегральных показателей загрязнения 3. Характеристика распределения элементов в ряду «вода-взвешенные наносы-влекомые наносы-донные отложения» и массообмена между ними в разные сезоны, оценка региональной (бассейновой) роли гранулометрических фракций в формировании химического состава стока наносов, характеристика внутренней неоднородности (в пределах поперечного сечения) химического и гранулометрического состава руслового потока крупных рек 4. Эрозионная модель водосборов рек Волги, Дона и Кубани, верифицированная для оценки развития эрозии и валового поступления твердого материала в речную сеть с водосбора и сопоставленная с сетевыми наблюдениями за мутностью воды. 5. Ретроспективная модель баланса наносов в устьевых областях рек, карты распределения мутности воды и состава донных отложений для разных синоптических ситуаций и их анализ для выявления характерных систем распределения баланса химических веществ за период с 1980 по настоящее время. Оценки суммарной роли устьевой области в изменении потока наносов.
Наработки коллектива по тематике проекта связаны с общетеоретическими и методическими вопросами изучения компонент речного стока, разработанными научными школами кафедры гидрологии суши, кафедры геохимии ландшафтов и географии почв и лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ имени М.В. Ломоносова. Теоретическую основу будущего исследования составят оригинальные представления о гидроэкологической безопасности территории, обоснованные в работах (Алексеевский 2004; Алексеевский и др. 2000; Алексеевский, Фролова 2000, 2012), концепция гидрологических ограничений (Алексеевский, Фролова, Христофоров 2011; Алексеевский, Фролова 2012). При анализе генетических составляющих стока наносов будут использованы закономерности, выявленные участниками проекта при определении доли русловых и транзитных частиц в стоке зональных рек (Алексеевский 1998), идеи исследования результирующей баланса наносов и химических веществ для определения причин изменения содержания в воде минеральных частиц (Алексеевский 2012; Алексеевский, Чалов С.Р. 2009). Важную роль в обосновании задач проекта играют представления о ландшафтно-геохимической каскадной системе (Глазовская 1988) и геохимических барьерах (Перельман, Касимов 1990). Выполнен большой объем работ, посвященных бассейновым исследованиям состава материкового стока речных наносов и его связи с гидроклиматическими особенностями территорий (Савенко и др. 2004), уровнем техногенной нагрузки (Касимов 2013, Чалов и др. 2015) и интегрально - составом верхней части континентальной коры (Савенко 2006). В качестве методической основы проекта будет использована концепция интегральной оценки потоков воды и химических веществ, основанная на интегрировании разномасштабных инструментов мониторинга и имитационного моделирования бассейнового и руслового уровня (Чалов и др., 2016).
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 5 июня 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Экспедиционный |
Результаты этапа: Осуществлен сбор архивных и фондовых данных о проведенных ранее научно-исследовательских работах, разработана сводная БД, подготовлена ретроспективная композиция мультиспектральных разномасштабных снимков для разработки моделей пространственного распределения мутности в устьевых областях рек. Проведено обоснование и выбор створов на рр. Волга, Дон и Кубань, проведена первая серия полевых работ в августе-сентябре 2018 г. с отбором проб взвешенных наносов и растворенных веществ, образцов донных отложений). Ведется лабораторная обработка проб. | ||
2 | 1 января 2019 г.-28 мая 2019 г. | Аналитический |
Результаты этапа: Проведен сбор архивных и фондовых данных о проведенных ранее научно-исследовательских работах, посвященных исследованию: гидрологических, эколого-геохимических, биогеохимических. Для устьевых областей Дона и Кубани собраны данные о наблюдаемых и прогнозных тенденциях изменений водного стока. Для анализа изменения мутности воды в пределах речных дельт на основе авторской методики осуществлен подбор композиции спутниковых снимков, позволяющей производить ретроспективную характеристику изменения характеристик стока взвешенных наносов. Выполнена комплектация баз данных мутности воды. Проведены экспедиционные гидролого-геохимические исследования в дельте Волги (сентябрь 2018 г. и май 2019 г.), дельте Кубани (август 2018 г.), дельте Дона (сентябрь 2018 г.). Решена методическая задача общего принципа выбора измерительных створов, позволяющая в дальнейшем проводить расчет характеристик водного стока на неохваченных измерениями участках гидрологической сети. Заложена основа для анализа пространственно-временной изменчивости потоков тяжелых металлов и металлоидов, полициклических ароматических углеводородов, в т.ч. бенз(а)пирена, в дельтах рек. Проведены инструментальные измерения расходов воды и отбор проб воды и речной взвеси, донных отложений, водных растений. В дельте Волги суммарное за 2 экспедиционных выезда число створов измерения расходов воды составило 255, общее число отобранных проб воды – 503, речной взвеси – 503, донных отложений – 87, растений – 119, эпифитовзвеси – 77. В дельте Дона исследования проводились на 25 створах, в дельте Кубани– на 20. Измерения расходов воды проводились акустическими доплеровскими определителями скоростей течения воды ADCP. В пробах воды и речной взвеси, отобранных во время полевых выездов 2018 г., определены содержания тяжелых металлов и других химических элементов методом ICP-MS (ICP-AES). Фильтры со взвесью и донные отложения проанализированы на содержание 11 полициклических ароматических углеводородов. Проведен предварительный анализ полученных результатов. | ||
3 | 2 июля 2019 г.-31 декабря 2019 г. | 2 год проекта, часть 1 |
Результаты этапа: Продолжены сбор полевых материалов и их лабораторный анализ, статистическая и картографическая обработка полученных данных. | ||
4 | 1 января 2020 г.-28 мая 2020 г. | 2 год проекта, часть 2 |
Результаты этапа: На основе анализа архивных данных, результатов собственных экспедиционных исследований и гидролого-морфометрических расчетов проведена оценка пространственно-временной изменчивости составляющих гидрологического стока в дельтах рек. Проведен анализ многолетних изменений стока наносов. Для дельты Волги реализована технология дистанционного моделирования мутности воды (по снимкам LandSAT и Sentinel). Получены региональные зависимости, связанные с влиянием местных условий съемки (глубина реки, волнение и др.) и сезонных гидрологических факторов: мутности воды, минералогического и гранулометрического состава взвешенных частиц. На основе полученных гидрологических и геохимических данных рассчитаны потоки растворенных и взвешенных форм тяжелых металлов и металлоидов (ТММ) по главным рукавам дельты Волги. Показано, что основными направлениями геохимического стока являются система Бахтемир – Волго-Каспийский канал в западной части дельты и рукав Бузан в восточной. Потоки ТММ значительно возрастают в половодье за счет существенного увеличения расходов воды и взвешенных наносов. Изучено содержание битуминозных веществ и бенз(а)пирена в водотоках дельт Волги, Дона и Кубани. Показано, что концентрации полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) во взвешенных наносах значительно превышают их концентрации в донных осадках. Концентрация суммы ПАУ как во взвешенном веществе водотоков, так и в донных отложениях возрастает в ряду Волга – Кубань – Дон. Выявлен значительный потенциал самоочищения изученных дельт. Разработана модель эрозии бассейна р. Дон на основе универсального уравнения эрозии почв (RUSLE). | ||
5 | 6 августа 2020 г.-31 декабря 2020 г. | 3 год проекта, часть 1 |
Результаты этапа: Завершены мониторинговые исследования на опорных постах. Проведен полный цикл лабораторных работ, получены основные оценки эрозии и стока наносов (бассейновой и русловой составляющих). | ||
6 | 1 января 2021 г.-6 августа 2021 г. | 3 год проекта, часть 2 |
Результаты этапа: Завершены мониторинговые исследования на опорных постах, проведен полный цикла лабораторных работ, получены основные оценки эрозии и стока наносов (бассейновой и русловой составляющих). Сформулированы основные результаты проекта, касающиеся определения соотношения твердого (во взвешенной и влекомой формах) и растворенного стока, оценки геохимической дифференциации (распознавания) массивов данных концентраций химических веществ во взвешенной, влекомой и растворенной формах переноса. На основе данных стационарных и экспедиционных измерений, материалов спутникового зондирования изучены особенности трансформации мутности воды между замыкающим створом и устьем реки, в русловой сети речных дельт; исследованы возможности описания их эмпирическими моделями. |
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".