ИСТИНА

Проект направлен на изучение изменчивости продукционно-деструкционного процесса в водоеме в зависимости от режима фотосинтетически активной радиации и основных гидролого-гидрохимических факторов – на основе непрерывной записи данных с помощью регистрирующей аппаратуры, а также - с помощью математического моделирования. Авторы исходят из того, что именно интенсивностью внутрисуточной, синоптической и межгодовой цикличностью продукционно-деструкционного процесса определяется интенсивность самоочищения воды и в итоге – ее качество. При этом интенсивность самоочищения, в принципе, поддается управлению в водохранилищах благодаря присущей им техногенной цикличности наполнения и сработки. Нужно лишь учитывать текущие погодные условия и уметь прогнозировать изменение внутриводоемных процессов при ожидаемых изменениях погоды и стока с водосбора воды вместе с приносимыми ею биогенными веществами. На проверку этой гипотезы и направлен проект, базирующийся впервые, во-первых, на учащенной непрерывной регистрации ФАР и метеохарактеристик, синхронной с регистрацией интенсивности продукции и деструкции, температуры и освещенности водной массы в вегетационный период, и, во-вторых, на модельных диагностических и прогностических расчетах по модернизированной на основе этих принципиально новых данных гидроэкологической модели ГЭМВ-МГУ, пригодной для водохранилищ любого морфологического класса и любого вида регулирования речного стока. В проекте используется разработанный авторами исследовательский комплекс, включающий в себя автоматизированную продукционную установку, позволяющую ежечасно определять продукцию и деструкцию органического вещества в водоеме, непрерывно автоматически опускающийся и подымающийся от дна к поверхности зонд, регистрирующий температуру, электропроводность, растворенный кислород, рН, хлорофилл «а», автоматическую метеостанцию (атмосферное давление, температура и влажность воздуха, осадки, направление и скорость ветра, ФАР), датчики подводной освещённости. Новизна проекта заключается также в использовании разработанной авторами двумерной модели, которая будет усовершенствована с учетом новых данных, дополнена новым экологическим блоком. Модель будет верифицирована и применена для диагностических расчетов, для прогнозирования состава и качества воды, для разработки рекомендаций по регулированию экологического состояния водохранилищ.

The Project aims at the study of the variability of production and destruction process in the reservoir, depending on the mode of photosynthetic active radiation and main hydrochemical factors on the basis of recording data using the authorial equipment, and with the help of mathematical modeling. The authors believe that dirnal, synoptic and interannual cycles of production and destruction process intensity determine by the intensity of self-purification of water, and ultimately its quality. The intensity of self-purification, in principle, amenable to management in the reservoirs due to their inherent technological cycle of filling and drawdown. It is necessary to consider current weather conditions and be able to predict the change of hydrologicalprocesses at expected changes in weather and runoff from the catchment which bring nutrients. The project is aimed at testing this hypothesis. It is based on rapid continuous recording of photosynthetic active radiation and meteorological characteristics with simultaneous registration of the intensity of production and destruction, light and temperature of water mass during the growing season, and model diagnostic and prognostic calculations of the modernized on the basis of these fundamentally new hydrological data model, suitable for reservoirs of any morphological class, and any kind of regulation of the river flow. The project will use the research complex developed by the authors, including automated installation of primary production, allowing to determine the production and destruction of organic substances in the water every hour, the probe continuously automatically lowering and rising from the bottom to the surface, recording the temperature, conductivity, dissolved oxygen, pH, chlorophyll "a", the automatic meteorological station (atmospheric pressure, temperature and humidity, precipitation, direction and speed of wind, photosynthetic active radiation), sensors of underwater illumination. The novelty of the project is to use the authors developed a two-dimensional model, which will be improved with the new data, supplemented by a new environmental unit. The model is verified and applied for diagnostic calculations to predict composition and water quality to develop recommendations on regulation of the ecological state of reservoirs.

Мы надеемся, что использование уникального исследовательского комплекса, включающего разработанные нами установку вертикального зондирования водной толщи, продукционную установку, математическую модель водохранилища позволит получить новые важные результаты в области изучения закономерностей функционирования водных экосистем. По данным натурных наблюдений мы ожидаем выявить особенности влияния гидрометеорологических условий на содержание и вертикальное распределение биогенных веществ и растворенного в воде кислорода, на величину первичной продукции при разном типе погоды, на состав и количество фитопланктона, хлорофилла. Эти данные помогут усовершенствовать разрабатываемый нами экологический блок модели водохранилища, который, мы надеемся, будет хорошо описывать рассматриваемые процессы и станет надежным инструментом исследования при проведении сценарных расчетов. Дальнейшее рассмотрение выявленного нами в 2018 г. существенного расхождения во времени максимумов продукции и деструкции, позволит оценить влияние этого явления на содержание в воде кислорода при разных типах погоды. Можно ожидать, что совместное использование продукциометра и установки вертикального зондирования позволит предложить новые оптимальные методы оценки первичной продукции в водоеме (в том числе по данным о концентрации хлорофилла «а» с использованием его ассимиляционных чисел, полученных непосредственно на нашем водоеме). Получит дальнейшее развитие и использование «индекс цветения», предложенный нами– для оценки качества воды с точки зрения организаций, осуществляющих водоподготовку в условиях значительного развития фитопланктона в водоеме. Результаты исследований будут представлены в ведущих научных журналах, доложены на конференциях.

Авторский коллектив на протяжении пяти десятилетий занимается изучением гидроэкологических процессов в водохранилищах, создав гидрологический исследовательский полигон, включающий Можайское водохранилище, его водосбор и р.Москву в нижнем бьефе Можайского гидроузла. На берегу центрального плеса этого водоема расположена Красновидовская учебно-научная база (УНБ), в которой для выполнения проекта имеются все необходимые условия: гидрохимическая, гидробиологическая, гидрологическая лаборатории, оснащённые всеми необходимыми приборами и оборудованием. В архиве УНБ собраны материалы многолетних наблюдений (с момента создания водохранилища (1960 г), отраженные в сотнях статей, десятках книг, во многих десятках курсовых и дипломных работ, кандидатских и докторских диссертациях) Научный задел, который непосредственно будет использован в данном проекте: 1. Разработана и используется установка – продукциометр – устройство для автоматизированного измерения первичной продукции и деструкции органического вещества в водоеме скляночным кислородным методом (устройство проходит регистрацию в Роспатенте в качестве полезной модели под № 2017122188/05). Измерения производятся каждые 15 минут; еженедельно снимаются данные о продукции и деструкции. 2. Разработана и используется модель ТМО. За десятилетие ее использования она усовершенствовалась в гидрологическую модель водохранилища и ее нередко стали обозначать ГМВ-МГУ. В настоящее время модель решено дополнить новым экологическим блоком. 3. Налажена работа плавучей исследовательской станции катамаран «Гелла», оснащенной метеостанцией, приборами для определения температуры воды, электропроводности, рН, растворенного кислорода, содержания хлорофилла, в том числе с помощью зонда YSI 6600-2V. 4. Создан электронный банк данных многолетних наблюдений за гидрологическими, гидрохимическими, гидробиологическими характеристиками Можайского водохранилища и особенно его Красновидовском плесе.

По данным за летние периоды 2016-2017 гг. проанализировано влияние изменчивости погоды на биопродуктивность Можайского водохранилища. Использовались материалы, полученные с использованием разработанной нами автоматизированной продукционной установки; регистрировалась температура воды на разных горизонтах, велись метеонаблюдения. Были выделены погодные циклы, состоящие из фаз нагревания и охлаждения воды, при смене погоды. Изменчивость погоды оценивалась индексом погодной контрастности (ИПК). Показано, что, чем он больше, тем интенсивнее протекают продукционно-деструкционные процессы в поверхностном слое водохранилища. Произведен анализ вертикальной структуры водных масс в центральной части Можайского водохранилища в летне-осенний период 2018 г. – по результатам автоматизированных наблюдений. Использовалась разработанная нами установка вертикального зондирования водной толщи, состоящая из электрической лебедки с тросом, к которому прикреплен зонд YSI 6600- 2V, и блока управления. Измерялись температура воды, электропроводность, содержание растворенного кислорода. Показана высокая чувствительность вертикальной структуры вод водохранилища к изменениям погодных условий. В этом же районе Можайского водохранилища (по наблюдениям в августе 2017 г.) при антициклональной погоде происходило усиление вертикальной стратификации вод, увеличение амплитуды суточных изменений температуры воды поверхностного слоя с минимумом утром и максимумом во второй половине дня. В циклональный период стратифицированность водной толщи резко уменьшилась - сформировался однородный, до глубины 10 м, эпилимнион. Интенсивность продукционно-деструкционных процессов в теплый период была в 1,5-2 раза выше, чем в холодный. При антициклональной погоде суточный ход первичной продукции фитопланктона (измеренной с помощью разработанной нами автоматизированной установки) повторяет ход солнечной радиации; максимум деструкции, как и кислорода, наблюдается во второй половине дня. По наблюдениям в зимний период на Можайском водохранилище был выявлен активный фотосинтез фитопланктона - вследствие увеличения прозрачности ледового покрова при стаивании с него снега. Содержание кислорода, лишенного возможности выхода из воды в атмосферу, увеличивалось в подледном слое воды до 220% насыщения. Наиболее активное развитие водорослей происходило в центральном районе водохранилища; доминировали диатомовые рода Stephanodiscus. Можно ожидать расширения описываемого явления при потеплении климата. С апреля по ноябрь 2019 г. с помощью автоматизированного исследовательского комплекса, расположенного в Красновидовском плёсе Можайского водохранилища собраны материалы: метеорологические данные (в том числе ФАР), подводная освещённость, вертикальное распределение кислорода, рН, температуры, электропроводности, хлорофилла; продукция и деструкция органического вещества в поверхностном слое водоема. Предварительный анализ данных за переходный весенне-летний период 2019 г. показывает, что необычно теплая погода в это время, привела к раннему установлению стратификации водной толщи и, как следствие – формированию аноксии в придонных слоях водоема. При этом зоопланктон, равномерно распределявшийся по глубине в период гомотермии, сосредоточился в поверхностном горизонте, так как нуждается в кислороде. Резкое увеличение численности активных фильтраторов дафний привело к уменьшению фитопланктона (хлорофилла) и увеличению прозрачности воды (наступила фаза чистой воды). В поверхностном горизонте уменьшилась концентрация фосфатов, а в придонном – в условиях аноксии – наоборот, существенно увеличилась, становясь потенциальной основой для возрастания первичной продукции при первом значительном перемешивании водной массы (Гончаров, Ломов, Пуклаков, Болотов, Замана – подготовка статьи к печати). Результаты исследований 2019 г. опубликованы в 8 статьях (одна – в журнале из списка ВАК, остальные – в сборниках материалов конференций), ещё одна статья принята в печать (в журнал из списка RSCI Web of Science).