|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Многолетняя изменчивость речного притока воды, наносов и химических веществ в озеро Байкал (РФФИ)НИР
Long-term variability of water, sediment and chemical elements fluxes into Lake Baikal
- Руководитель НИР: Чалов С.Р.
- Участники НИР: Григорьев В.Ю., Дабаева Д.Б., Ефимова Л.Е., Лычагин М.Ю., Льюмменс Е.О., Миллионщикова Т.Д., Морейдо В.М., Романченко А.О., Сазонов А.А., Шинкарева Г.Л.
- Подразделение: Кафедра гидрологии суши
- Срок исполнения: 26 октября 2017 г. - 26 октября 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 17-29-05027\17
- Номер ЦИТИС: AAAA-A17-117111340060-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Изменения природной среды, общества и проблемы природопользования
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 37.27.02 Общие проблемы
- 37.27.33 Региональные гидрологические характеристики
- 87.19.91 Комплексные и региональные проблемы охраны вод
-
Описание:
Глобальное потепление, отмечаемое со второй половины XX в., оказывает большое влияние на гидрологический цикл и, как следствие, на динамику речного стока. Изменение расходов воды рек ведет к изменению расходов взвешенных и растворенных веществ и влияет на экологическое состояние речных систем и приемных водоемов. Эти процессы ярко проявились в бассейне озера Байкал и привели к обострению противоречий в системе водопользования и водопотребления. Этот совпало с ростом потребительских интересов к водным ресурсам бассейна со стороны России и Монголии, что привело к трансформации стока наносов и химических веществ, отмечающееся для ряда притоков Байкала. Дальнейшее увеличение антропогенной нагрузки в условиях трансграничных споров и неопределенности прогнозов притока в бассейне оз. Байкал при отсутствии оценок многолетней изменчивости всех компонент речного стока создают дополнительные сложности для управления водными ресурсами территории. Предлагаемый проект направлен на комплексное исследование многолетней изменчивости речного стока озера Байкала в условиях современных гидроклиматических изменений и меняющихся условий использования земель с применением экспедиционных, дистанционных и численных методов. Будет проведена интегральная оценка поступления загрязняющих веществ с основными притоками в озеро Байкал, выявлена многолетняя изменчивость механизмов изменения химического состава речных вод, взвешенных и влекомых наносов, русловых отложений и под влиянием природных и техногенных факторов. На этой основе будут определены угрозы экосистеме озера и обоснована система эффективного мониторинга бассейна озера Байкал за период инструментальных наблюдений
-
Планируемые результаты:
срок выполнения проекта (развернутое описание с оценкой степени оригинальности, уникальности (т.е. получение которых возможно только в ходе выполнения данного проекта) и междисциплинарного характера работ; соответствие ожидаемых результатов задачам объявленной темы; форма изложения должна дать возможность провести экспертизу результатов) 1. Геоинформационные базы данных ландшафтно-гидрологических характеристик и параметров землепользования водосборов рек – притоков Байкала, база данных водного стока и параметров качества воды за период инструментальных наблюдений на гидрометрических постах 2. Ретроспективная композиция мультиспектральных разномасштабных снимков на период с 1980-х гг. на устьевые области крупнейших притоков и акватории озера Байкал 3. Региональная модель формирования речного стока бассейнов притоков озера Байкал на основе глобальных баз данных о характеристиках почв, растительности и метеоинформации для воспроизведения гидрографов суточного стока за исторический период и в условиях глобальных изменений в XXI веке. Оценка вклада изменений землепользования на водосборе в многолетнюю и внутригодовую изменчивость речного стока 4. Модель транспорта тяжелых металлов с речным стоком на основании гидрохимического блока модели ECOMAG 5. Эрозионная модель водосбора озера Байкал, верифицированная для оценки развития эрозии и валового поступления твердого материала в речную сеть с водосбора. 6. Данные о притоке воды, наносов и химических соединений в озеро Байкал, карты районирования бассейна озера Байкал по синхронности многолетних колебаний стока. Сведения о годовом и сезонном речном притоке в озеро Байкал и их многолетней изменчивости (квазипериодичности и автокорреляции, тренда и статистической однородности рядов). Данные статистического анализа, результаты анализа репрезентативности пунктов наблюдений за стоком рек 7. Технология определения запасов воды в бассейнах крупных рек – притоков в оз. Байкал. Оценка многолетней изменчивости бассейновых влагозапасов TWS (terrestrial water storage) бассейна озера Байкал 8. Научно обоснованные рекомендации по размещению створов измерения расходов воды и качества воды для определения наступления экстремальных ситуаций с заданной заблаговременностью, карты опасности наводнений и характеристик маловодий (в том числе данные по перемерзанию и пересыханию рек) 9. Ретроспективная модель баланса наносов в устьевых областях рек 8-го (р. Верхняя Ангара) и 9-го (р. Селенга) порядков, 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. Данные о вкладе различных факторов в формирование защитной роли дельт р. Селенги и р. Верхняя Ангара (особенности затопления поймы, эрозионно-аккумулятивных процессов и водной растительности). Сценарные оценки распределения мутности в устьевой зоне для характеристики многолетних изменений баланса взвешенных наносов в связи с меняющимися гидрологическими условиями и особенностями поступления веществ с водосбора в результате активизации эрозионных процессов, а также их распространения по русловой сети 10. Заключение о вкладе речного притока в трансформацию экологического состояния озера Байкал, научно-обоснованная оценка состояния бассейна озера Байкал в исторических и современных климатических и техногенных условиях. Тематические карты распределения шлейфов мутности и хлорофилла от крупнейших притоков при разных синоптических ситуациях в связи с многолетней изменчивостью климата и их статистическая оценка
-
Научный задел:
Наработки коллектива по тематике проекта связаны как с общетеоретическими и методическими вопросами изучения компонент речного стока и их многолетней изменчивости, так и опытом проведения работ в бассейне озера Байкал. 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 полезны закономерности, выявленные участниками проекта при определении доли русловых и транзитных частиц в стоке зональных рек (Алексеевский, 1998), идеи исследования результирующей баланса наносов для определения причин изменения содержания в воде минеральных частиц (Алексеевский, 2012; Алексеевский, Чалов С.Р., 2009). В качестве методической базы проекта будет использована концепция интегральной оценки потоков воды и химических веществ, основанная на интегрировании разномасштабных инструментов имитационного моделирования бассейнового и руслового уровня (Чалов и др., 2016).
- Добавил в систему: Чалов Сергей Романович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 26 октября 2017 г.-26 октября 2018 г. | Многолетняя изменчивость речного притока воды, наносов и химических веществ в озеро Байкал |
| Результаты этапа: В рамках выполнения проекта получен ряд результатов, касающихся исследования многолетних изменений составляющих речного стока рек – притоков Байкала: стока воды, наносов и химических элементов. Основное внимание уделено подготовке информационной основы исследования, обобщению данных мониторинга водного стока и качества воды. Архив содержит информацию из 20 источников (российских и зарубежных) о химическом составе воды рек бассейна озера Байкал, относящихся к современному периоду (2005-2016 гг.). Разрабатывался электронный архив данных о качестве воды на основе обобщения экспедиционных и ведомственных наблюдений за качеством вода, а также организации стационарного гидролого-геохимического мониторинга крупнейших притоков озера Байкал. Проведены 2 серии натурных экспедиционных исследований для выявления сезонной динамики состава взвешенных, влекомых и растворенных форм поступления тяжелых металлов и металлоидов, биогенных и органических веществ в озеро Байкал. Для крупнейших притоков бассейна Байкала создана геоинформационная база данных, содержащая информацию о распространении различных природных и хозяйственных характеристик. Геоинформационная база данных сведена в разработанном многопользовательском он-лайн ресурсе на платформе веб-гис NextGIS. Для устьевых створов притоков озера Байкал - водотоков 6-го (р. Бугудейка, р. Тыя, р. Кичера, р Турка), 7-го (р. Баргузин), 8-го (р. Верхняя Ангара) и 9-го (р. Селенга) порядков разработана композиция мультиспектральных снимков на период с 1980-х гг. (с космических аппаратов Landsat). Разработан набор численных средств разного пространственного уровня, направленных на ретроспективную оценку формирования и переноса воды, твердых и растворенных веществ. Проведено гидролого-климатическое обобщение изменения величин осадков, потенциального испарения и речного стока. Было выявлено, что климат бассейна Байкала (его 6 крупнейших по водности притоков – рек Селенги, В. Ангара, Баргузин, Турка, Хара-Мурин, Снежная) за время его активного изменения (1976–2016 гг.) был более аридным, чем за предшествующий период (1936–1975 гг.). Для оценки воздействия изменений климата на водный режим бассейна оз. Байкал и транспорт загрязняющих веществ с твердым стоком, а также на биологические ресурсы в бассейне, разработана модель формирования стока в бассейне р. Селенги, основного притока оз. Байкал, на основе физико-математической модели с распределенными параметрами Ecological Model for Applied Geophysics (ЕСОМАG). На ее основе по данным метеорологического реанализа EWEMBI воспроизведены современные тенденции изменения водности рек исследуемого бассейна и стока в оз. Байкал за 1980-2013 гг. Показано, что основной причиной наблюдаемого в 1990-2000-х годах 35%-го изменения водности р. Селенга могло стать произошедшее в этот период, в больше степени, 10%-е уменьшение нормы осадков, и, в меньшей степени, увеличения испарения, вызванного увеличением среднегодовой температуры воздуха на 0.4°C. В среде ArcGIS на основе мультивариантного подхода подготовлены слои параметров модели универсального уравнения потерь почвы (USLE). Выполнена параметризация факторов эрозии за исследуемые гидроклиматические периоды для оценки потенциального смыва почв в бассейне Байкала для двух климатических периодов с учетом изменения эрозионного потенциала осадков и характера землепользования. | ||
| 2 | 26 ноября 2018 г.-22 ноября 2019 г. | Многолетняя изменчивость речного притока воды, наносов и химических веществ в озеро Байкал - этап 2 |
| Результаты этапа: Второй год выполнения проекта был направлен на продолжение мониторинговых исследований на гидролого-геохимических постах и проведение статистических и модельных расчетов. Создана модель формирования речного стока для всех основных рек-притоков озера Байкал (добавлены реки Баргузин, Верхняя Ангара и другие менее крупные притоки). Особое внимание в рамках уделено многолетней изменчивости барьерной функции дельт Селенги и Верхней Ангары. Показана ведущая роль гидрологического фактора в формировании пространственно-временной вертикальной структуры распределения растворенной и взвешенной форм тяжелых металлов и металлоидов в устьевой области р. Селенги при прохождении максимальных расходов. Изучены тенденции трансформации баланса взвешенных наносов в дельтах Селенги и Верхней Ангары, которые в последние десятилетия дельты развиваются в условиях дефицита наносов (снижение с середины 1970-х гг. поступления наносов на 51 % к дельте Селенги и на 70 % – к дельте Верхней Ангары). Наблюдаемое снижение стока наносов и уменьшение максимальных расходов воды, с которыми связана аккумуляция в пределах затапливаемых пойменных сегментов дельты, приводит к уменьшению объемов накопления наносов в пределах дельты. При этом в пределах дельты Селенги при пониженных расходах воды возникают ситуации с продольным увеличением стока наносов; дельта Верхней Ангары исключительно снижает сток взвешенных наносов. Выявлено влияние почвенных, ландшафтных и геоморфологических факторов на пространственное распределение химических веществ в водах протоков оз. Байкал, получены уравнения множественной регрессии, связывающие химические компоненты с ландшафтно-геохимическими факторами. Получены прогностические уравнения для определения концентраций некоторых тяжелых металлов. Показано, что по соотношению форм миграции ТММ можно выделить три группы элементов: для Al, Mn, Fe, Pb и Co миграция происходит преимущественно во взвешенной форме (до 99,7%); вторую группу составляют Cu, V, Zn, As, миграция которых во взвеси становится ниже (до 80,2%); в третью группу входят Sr, Mo, Cd, для которых преобладает миграция в растворенной форме (до 25%). | ||
| 3 | 21 февраля 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Многолетняя изменчивость речного притока воды, наносов и химических веществ в озеро Байкал - этап 3 |
| Результаты этапа: На основе данных CRU TS рассмотрена роль изменения нормы осадков (Р) и потенциального испарения (РЕТ) в изменении годового стока рек (R) за 1976–1995 гг. и 1996–2016 гг. относительно 1950–1975 гг. Для оценки точности воспроизведения R различными модификациями формулы Будыко по данным о P и РЕТ использовалась модель ECOMAG. Получено, что в бассейне р. Селенги при аномалии P от –10% до +10% разница между рассчитанной по одной их формул и смоделированной величиной R составляет от 0,2 мм до 0,53 мм. Показано, что за 1950–2016 гг. для бассейна Байкала в целом характерно уменьшение P и R и рост PET. Отклонение рассчитанных по формулам величин R от наблюденных за 1976–1995 гг. и 1996–2016 гг. трактовалось как влияние прочих факторов, которые включают в себя как изменение свойств подстилающей поверхности и особенностей внутригодового распределения осадков и потенциального испарения. Вклад прочих факторов в изменение R меняется в зависимости от водосбора и рассматриваемого периода. Для рек бассейна Байкала изменение годовых величин P и PET в среднем лишь на 50% объясняет изменение нормы стока за 1976–1995 гг. и 1996–2016 гг. по сравнению с 1950–1975 гг. Чувствительность речного стока бассейна Байкал к прочим, помимо P и PET факторам, необходимо учитывать при сценарных оценках изменения стока рек Байкала в условиях изменения климата. Также выявлено, что условия формирования стока за 1976–1995 гг. (помимо р. Хара-Мурин) и 1996–2016 гг. (кроме рек Хара-Мурин и Селенга) были б–1 | ||
Прикрепленные к НИР результаты
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".