КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-17-00181

НазваниеИнтегральная оценка баланса наносов речной системы р. Лена

РуководительЧалов Сергей Романович, Доктор географических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2021 - 2023 

КонкурсКонкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-708 - Гидрология и водные ресурсы

Ключевые словабаланс наносов, Арктика, Лена, русловая эрозия, горнодобывающая деятельность, водохранилища, дельта

Код ГРНТИ39.00.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Водосборные поверхности и гидрографическая сеть, от склоновых водотоков до крупнейших рек континентов - транзитная зона материковой части глобального круговорота воды, а также основное звено нисходящего литодинамического потока. Бассейны крупнейших рек и составляющие их водосборы временных и постоянных водотоков образуют каскадные ландшафтно-геохимические системы (КЛГС). Климатические изменения и увеличивающееся антропогенное воздействие приводят к трансформации всего комплекса потоков вещества. Происходит изменение баланса наносов, направленности и интенсивности массообмена между водными потоками и подстилающими отложениями. Потепление климата, таяние наземной и субаквальной мерзлоты в бассейнах рек криолитозоны приводят к мобилизации захороненного ранее наземного органического вещества, увеличению его выноса в море и включению в современный биогеохимический цикл углерода в форме углекислого газа и метана. Закономерности трансформации вещественных потоков в системах речных бассейнов изучены недостаточно, что определяет научную новизну результатов проекта. В первую очередь это касается стока наносов, ответственного за перенос значительной части веществ природного и техногенного происхождения, включая тяжелые металлы и органический углерод. Вклад русловых источников в формирование стока наносов, особенно в пределах крупных речных бассейнов, до настоящего времени систематически не исследовался. Для таких систем существует дефицит сведений об изменчивости состава русловых литогеохимических потоков в границах речных бассейнов, нет четких представлений о факторах их территориальной дифференциации: влиянии литогенной основы, площади водосбора, миграционных процессов и других. Проект направлен на исследование каскадной структуры потока наносов и химических веществ, а также закономерностей их формирования под влиянием ландшафтных условий, русловых процессов и техногенных нагрузок для одного из крупнейших водосборов Арктики – бассейна р. Лена. В рамках проекта будет разработана методология оценки территориальной дифференциации вещественных потоков в КЛГС, изучены закономерности формирования и структура потоков воды и наносов и их трансформация в бассейне р. Лены под влиянием природных (эрозия на водосборе, русловая эрозия, в том числе особенности термоэрозионного разрушения речных берегов) и техногенных (задержка наносов в водохранилищах, ускоренная эрозия и поступление наносов в районах горнодобывающей деятельности) факторов. В основу выполнения проекта положено совмещение: материалов экспедиционных исследований на ключевых участок речной сети и дельты р. Лены (МГУ, КГУ, ААНИИ, ИМЗ СО РАН) региональной модели формирования речного стока ECOMAG (ИВП РАН); моделей эрозионного потенциала и стока наносов на базе RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equations), реализованные в среде ArcGIS; моделирующего комплекса SedNet (National Land and Water Resources Audit). Впервые будут комплексно исследованы природные и антропогенные особенности формирования потоков веществ в речных бассейнах, их концентрации и трансформации в системах временных и постоянных водотоков с учетом многолетних климатических изменений. Базовые уравнения, используемые в приведенных моделях, впервые будут адаптированы для условий прерывистой и сплошной криолитозоны бассейна р. Лены. Для оценки скорости русловых переформирований и пространственного распределения мутности в речных водах нижней Лены и ее дельты будут использованы данные дистанционного зондирования Земли, архивные и современные (Landsat, MODIS, ASTER, SPOT, Sentinel). Будет выполнена оценка вклада пространственных источников транспорта наносов в баланс органического углерода и ключевых приоритетных загрязнителей (тяжелых металлов) с оценкой их переноса во взвешенной, влекомой и растворенной форме по длине среднего и нижнего течения р. Лены. На основе полученных результатов будет выполнена прогнозная оценка интенсивности флювиальных процессов (в том числе термоэрозионного разрушения берегов), а также интенсивности переноса вещественных потоков от источников до устья реки Лены. Выполнение проекта позволит впервые детально изучить весь комплекс процессов формирования и движения речных наносов и ассоциированных химических веществ в бассейне крупнейшей реки, чей бассейн почти полностью расположен в криолитозоне, и дать прогноз динамики этих процессов в климатических условиях будущего

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет получена комплексная оценка баланса наносов, тяжелых металлов и взвешенного органического углерода бассейна р. Лены. Будет разработана модель территориальной дифференциации вещественных потоков в пределах каскадной системы речного бассейна. Сравнение данных по разным участкам бассейна с отличающимся рисунком речной сети, типом геохимических провинций, набором и интенсивностью антропогенных нагрузок позволит определить влияние перечисленных факторов на изменение стока наносов и химического состава речных вод и русловых отложений. Закономерности формирования потоков воды и наносов, их структура и трансформация в бассейне р. Лены будут количественно исследоваться в связи с влиянием природных (эрозия на водосборе, русловая эрозия, в том числе термоэрозионное разрушение речных берегов) и техногенных факторов. На основе обработки архивной информации, натурных данных и теоретического анализа имеющихся и новых материалов намечено обосновать гидрологические и геохимические закономерности трансформации потоков взвешенного и растворенного углерода и тяжелых металлов при разных типах русловых процессов. Сопоставление характеристик вещественных потоков с размерами водотоков на участках слияния рек и многорукавного русла позволит определить масштабные эффекты трансформации составляющих вещественных потоков. Для детального рассмотрения ведущих процессов в формировании вещественных потоков детально анализируются в крупном масштабе процессы в пределах пяти модельных водосборов, расположенных в отличающихся условиях формирования стока наносов, типичных для бассейна Лены. Выделенные водосборы характеризуются разными доминирующими процессами формирования стока наносов – эрозия сельскохозяйственных земель; поступление наносов за счет горнодобывающей деятельности; русловая эрозия; аккумуляция наносов в водохранилище; аккумуляция наносов в дельте. Выполнение проекта позволит получить следующие конкретные результаты: 1. База данных ранее опубликованных материалов по гидрологии, динамике и факторам русловых процессов, анализа данных, содержащихся в литературе, картографических и других источниках, в том числе сетевых наблюдений. 2. Оценка региональных закономерностей распределения ключевых химических элементов и соединений в системе «вода-взвесь-влекомые наносы-русловые отложения» с учетом особенностей русловых деформаций, в том числе для участков русловых разветвлений и слияния рек с притоками. 3. Установление количественного вклада русловой эрозии, в том числе размыва берегов, в суммарный сток наносов за период 1966-2018 гг., сопоставление полученных результатов с данными о бассейновой и русловой составляющих стока наносов, полученными на основе сетевых наблюдений 4. Региональные модели определения мутности воды по данным снимков Landsat, MODIS, ASTER, SPOT (за 1972-2018 гг.), построенные с использованием таких моделей поля распределения мутности воды на участках среднего, нижнего течения и дельты Лены для разных синоптических ситуаций. 5. Расчет руслового баланса взвешенных наносов по длине участка р. Лены ниже г. Якутска, в том числе в пределах дельты, общей протяженностью более 1600 км. 6. Определение типичного времени депонирования отложений в разноуровневых пойменных массивах реки Лены с использованием методов радиоуглеродного анализа и оптически-стимулированной люминесценции 7. База данных о содержании, возрасте и молекулярных характеристиках органического вещества в речных берегах на выбранных ключевых участках. 8. Оценка вклада техногенных факторов (водохранилища, горнодобывающая промышленность, русловые карьеры и дноуглубление) в изменение стока наносов р. Лена, в том числе оценка нарушенности земель горнодобывающей деятельностью и суммарной задержки наносов в водохранилищах за период их существования. 9. Крупномасштабная оценка происхождения и локализация источников поступления наносов и ассоциированных химических веществ, в том числе углерода, в пределах ключевых участков бассейна р. Лены, характеризующихся контрастными условиями формирования стока наносов: - Для модельного участка р. Лены – водосбора р. Большая Черепаниха, оценка бассейновой составляющей стока наносов в условиях интенсивного сельского хозяйства. - Для модельного участка р. Лены – водосбора р. Чара, оценка вклада наносов за счет горнодобывающей деятельности. - Для модельного участка р. Лены (50-километровый участок около г. Якутска) - крупномасштабная сценарная оценка баланса наносов, органического углерода и тяжелых металлов на основе совмещения эрозионной модели доставки наносов (алгоритм RUSLE) с гидродинамической моделью STREAM 2D и ландшафтно-геохимической съемкой пойменно-руслового комплекса. - Для модельного участка – Водохранилище Вилюйской ГЭС-1,2 (Вилюйское водохранилище). Оценка накопления наносов на дне водохранилища (с применением геолокации и методов дистанционного зондирования) для калибровки полуэмпирической модели наносоудерживающей способности водохранилищ бассейна Лены. - Для модельного участка – дельта р. Лены, оценка баланса взвешенных наносов за период с 1970-х гг. по настоящее время. Будет проведена параметризация моделей транспорта наносов в устьевой области реки Лены, оценено влияние морских факторов на переотложение и трансформацию наносов в дельте р. Лены. Районирование дельты р. Лены по типу русловых деформаций с использование ГИС и материалов натурных наблюдений. 10. Сравнительный анализ на ключевых водосборах существующих моделей оценки баланса наносов на основе различных метрик доставки наносов в пределах водосбора (transport capacity, sediment delivery ratio, и т.д.), с использованием различных операционно-территориальных единиц(элементарный водосбор, пиксель растровой сетки). 11. Оценка объема выноса органического вещества за счет развития русловых деформаций (включая термоэрозию) р. Лены, выявление многолетней изменчивости указанных характеристик. 12. Прогнозная оценка баланса наносов р. Лены с учетом ожидаемых (смоделированных) изменений стока в бассейне Лены на 2020-2100 годы с анализом изменений факторов стока наносов, в том числе повторяемости руслоформирующих расходов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Обоснованы теоретические и методические подходы к изучению баланса наносов бассейнов крупных рек. Предложены количественные соотношения составляющих баланса наносов, характеризующие соотношение процессов поступления, переноса и аккумуляции твердого материала: масштабные коэффициенты, коэффициенты доставки и генетические коэффициенты. Масштабными коэффициентами, или коэффициентами редукции стока наносов, предложено называть отношение объемов перемещаемого грунта в пределах водосбора в результате разных природных и антропогенных процессов к стоку наносов в замыкающем створе. На основе учета концентрирования отдельных химических элементов и соединений в источниках поступления вещества и русловом потоке в замыкающем створе, определен масштабный коэффициент потоков отдельных химических элементов и соединений. Рассмотрены региональные уравнения баланса наносов для бассейна Лены. На основе обобщения доступной гидрометрической информации по бассейну Лены сделан вывод об увеличении поступления наносов к дельте на 6,1 млн т/год после 1988 г по сравнению с предыдущим периодом наблюдений, что связано с ростом водности и мутности воды в летне-осенний сезон. Наиболее вероятной причиной является климатически обусловленное термоэрозионное разрушение берегов, в первую очередь в средней и нижней Лены (ниже устья Олекмы). Для исследования реакции стока Лены в XXI веке на воздействие климатических изменений оценены результаты расчетов по глобальным моделям климатической системы Земли. Выявлены основные количественные характеристики изменения температуры воздуха, количества осадков и дефицита влажности воздуха в среднемноголетнем, среднегодовом и внутригодовом масштабе времени, которые демонстрируют тенденции к росту. Интенсивность этих изменений зависит от изменчивости концентрации парниковых газов до конца XXI века. В среднем, рост температуры воздуха может составить до 43% от базового периода 1960 – 2005 гг., суммы годовых осадков – до 18%, дефицита влажности – до 21%. Выполнен блок полевых работ в среднем (21- 26 сентября 2021 г.) и нижнем (03-07 июля 2021 г.) течении р. Лены и на р. Вилюй (август-сентябрь 2021 г.). По результатам полевых работ отрабатывался ряд новых методических подходов к изучению составляющих баланса наносов крупных рек. Исследовались возможности косвенного измерения распределения мутности в водной толще при помощи акустических доплеровских профилографов течения (АДПТ), которые существенно увеличивают точность расчета расхода взвешенных наносов по сравнению с классическими методами. На этой основе проведены оценки расходов взвешенных наносов по профилям обратного рассеяния для 70 створов средней Лены. Для расчетов был использован программный комплекс ASET – Acoustic Sediment Estimation Toolbox [Dominguez Ruben et al., 2020]. Получена региональная зависимость весовой мутности от оптической, которая является региональным инструментом, позволяющим с достаточной точностью (около 30%) проводить оперативные определения мутности воды на р. Лена. Полевые данные задействованы для разработки региональной модели концентрации взвешенных наносов по спутниковым данным Landsat 8. Использованы разные модели мутности воды, соответствующие разным фазам водного режима: для межени модель параметризована по данным 2016 года (9 июля) для Якутского узла, а для половодья - по данным за период с 20 по 28 июня 2020 г. для участка ниже устья Алдана. В период с 8 по 18 августа и с 28 августа по 8 сентября 2021 г., во время глубокой межени, при расходах 250-350 м3/с, в среднем течении Вилюя и на вилюйских водохранилищах выполнен комплекс гидрометрических, гидрофизических и георадарных измерений, отбор проб воды для определения мутности воды, гранулометрического и химического состава взвесей. Измерениями охвачено 10 гидростворов, измерено 8 расходов воды, отобрано 26 серий проб воды для последующего лабораторного анализа в 2021-2022 гг. На втором этапе отобрано 12 проб воды на всем протяжении Вилюйского водохранилища. На этой основе впервые даны оценки пространственного распределения мутности воды в акватории Вилюйского водохранилища, которая составила 6-7мг/л, увеличиваясь в 1,1-1,5 раз по глубине. В сентябре мутность воды была больше – 7-8 мг/л. В нижний бьеф Вилюйской ГЭС-1,2 сбрасываются воды с такой же мутностью, как и на приплотинном участке. На первых 325 км с объективными ограничениями по эрозии и поступлению наносов с водой притоков увеличение мутности небольшое - в 1,3-1,5 раза (до устья р.Мал.Ботуойбы). Ниже по течению условия пополнения взвесей в потоке улучшаются, и к Крестяху/Сунтару мутность увеличивается до 9-10 мг/л. Для разных пространственных масштабов бассейна Лены выполнены расчеты составляющих баланса наносов. Для развития этого направления даны оценки возможностей применения модификаций эмпирических моделей эрозии (уравнения эрозии почв RUSLE [Renard et al., 1997] и его модифицированной версии MUSLE [Williams, 1975]) для территорий распространения мерзлоты. Показано, что в таких условиях хуже всего параметризации поддается эрозионная способность почвы. Влияние промерзания обладает высокой неопределенностью в существующих моделях: от -20% (для увлажненной почвы) до +1000%. Поскольку основным фактором, через который промерзание почвы влияет на ее эрозионную способность, является перераспределение между поверхностным и подповерхностным стоком, при оценке бассейновой эрозии в условиях промерзания почвы необходимо учитывать поверхностную составляющую стока, т.е. применять модель MUSLE, что будет выполняться на следующих этапах проекта. На данном этапе расчеты склоновой эрозии выполнены на основании универсального уравнения эрозии почв (RUSLE) [Renard et al., 1997], которые характеризуют ее суммарные объемы . В качестве исходной цифровой модели рельефа (ЦМР) задействована база данных Дж. де Ферранти [Ferranti de, 2014]. Средние темпы эрозии на территории водосбора рр. Лена предварительно оценены величиной 5,27 т/га/год, а суммарный объем поступления продуктов дождевой эрозии - величиной 1886•106 т/год. Самые высокие региональные темпы характерны для Казачинско-Ленского района Иркутской области (218 т/га) и Муйского района Бурятской республики (158 т/га). С опорой на методы дистанционного зондирования и глобальные базы данных гидрометрической информации выполнены расчеты объемов поступления продуктов русловой эрозии в среднем и нижнем течении р. Лена (от пос. Малыкан до вершины дельты, на участке в 1800 км). На основе полуавтоматизированного расчета в среде ГИС средних высот берега, глубин и ширин русла, оценено, что в результате размывов берегов на указанном участке Лены в русло поступает 337 •106 т/год грунта. Выполнен крупномасштабный анализ составляющих баланса наносов в четырех из пяти модельных водосборов, отличающихся по особенностям эрозионно-аккумулятивных процессов, типичных для бассейна Лены. Для модельного участка – Водохранилище Вилюйской ГЭС-1,2 (Вилюйское водохранилище), оценена его роль в трансформации стока воды и наносов Вилюя. Информационной основой послужили данные сетевого мониторинга за период до 2019 г., экспедиционные измерения в верхнем и нижнем бьефах вилюйских водохранилищ в августе-сентябре 2021 г., результаты балансовых расчетов по полуэмпирическим формулам. Результаты расчетов показали, что водохранилища заметно сократили сток наносов Вилюя на всем участке нижнего течения вплоть до впадения в Лену. В водохранилище поступает ~22,5 км3 речных вод: 82% в половодье, 16,5% –в летне-осеннюю межень. 75% приходится на верхний Вилюй и северные притоки. Средний сток взвешенных наносов оценен в 200 тыс. т/год: 78,3% - северные реки, включая Вилюй; доля мая, июня, июля-августа и сентября-октября - 46,6, 43,1, 9,1 и 1,1%. Сброс в нижний бьеф 80-90 тыс. т/год, или 40–45% от поступающих в водохранилище взвешенных наносов. Расчеты наносоудерживающей способности по моделям Новикова и Бруна свидетельствуют о том, что, с учетом других источников поступления наносов (в первую очередь абразия берегов) и влекомых наносов, в водохранилище задерживается до 98 % всего поступаемого терригенного материала. Для модельного участка дельты р. Лены, выполнена оценка баланса взвешенных наносов по данным моделирования мутности воды по 50 снимкам LandSAT за период с 1999 по 2019 г. На основе разработанных приемов автоматизированного дешифрирования концентрации взвешенных частиц в воде и картографирования распределения мутности в пределах обширной акватории дельты Лены обнаружено, что в отличие от большинства устьевых участков крупных рек Мира здесь происходит увеличение стока взвешенных наносов. Эрозионный режим дельты объясняется термоденудацией и термоэрозией берегов, сложенных многолетнемерзлыми породами. Этому способствует отсутствие растительности на поверхности поймы и в русле. В рукавах большего размера интенсивность эрозионных процессов максимальна. Размывы наиболее характерны для левых берегов южной экспозиции субширотно ориентированной Быковской протоки. Единственным аккумулятивным сектором дельты являются малые пойменные протоки Туматского и в меньше степени Оленекского сектора, где в условиях максимального снижения уклонов и увеличения числа мелких проток происходит перехват части поступаемого материала. Для 4-х основных секторов дельты определены средние значения баланса взвешенных наносов для диапазона расходов воды от 17 000 до 72 200 м3/с. На основе учета распределения расходов воды по секторам дельты сделан вывод, что в среднем в дельте на участке от вершины до приустьевой зоны (40 - 60 км от устьевых створов Быковской, Трофимовской и Туматской проток, около 100 км - для Оленекской протоки) происходит увеличение мутности воды и расхода взвешенных наносов на 9.2 %. Концепция интегральной оценки баланса наносов реализована в полной мере для модельного участка р. Лены в районе г. Якутска между Табагинским и Кангаласским мысами. Здесь на основе реализации крупномасштабной пространственной эрозионно-аккумуляционной модели бассейновой эрозии WaTEM/SEDEM привнос наносов бассейнового происхождения в русло с прилегающих участков водосбора оценен величиной 50073 т/год (3.5 т/км2 в год). Объем поступления продуктов размыва берегов на этом участке определяется величиной 10.7•106 т/год. Эти данные сопоставлены с высокодетальными гидрометрическими измерения баланса наносов (70 створов измерений на участке в межень - сентябрь 2021 г.). Выявлено продольное увеличение расхода взвешенных наносов (6009 т/сут), формируемое продуктами русловой эрозии и, возможно, техногенными взвесями от хозяйственной инфраструктуры г. Якутска. Вклад бассейновой эрозии в сток наносов в межень составляет менее 5 %. Значительная часть продуктов размыва берегов (более 90 %) переотлагается в русле. С использованием космических данных выявлено, что баланс наносов на исследуемом участке имеет сезонный режим. Наносы преимущественно аккумулируются в пойменно-русловом комплексе в периоды повышенного стока, что приводит в это время к продольному снижению стока наносов на бесприточных участках рек. В межень достоверно прослеживается увеличение мутности воды на перекатных участках, что связано с их размывом. Эти процессы определяют сортировку механического и химического состава взвешенных и влекомых наносов в пределах пойменно-руслового комплекса р. Лены. Проведенный пространственно-временной анализ концентраций наиболее важных химических элементов (Li, Al, Ca, V, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Sr, Zr, Mo, Sb, Ba, Pb, Bi, U) в растворенной и взвешенной форме показал, что наибольшая вариабельность значений характерна для растворенных Zn, Al, Mn, As и взвешенного Mn. Установлена преобладающая форма миграции химических элементов для среднего и нижнего течения Лены: в растворенной форме мигрируют в основном Ca, Sr, Sb, Mo, Pb, U, Cu, а во взвешенной – Al, Mn, Bi, Zr, V, Zn.

 

Публикации

1. Иванов В.А., Чалов С.Р. Оценка баланса наносов рек Обь и Енисей Геоморфология, Том: 52, Номер: 3, Страницы: 79-89 (год публикации - 2021).

2. Лаппалайнен Х., Петая Т., Вихма Т., Райсянен Дж., Бакланов А., Чалов С., Исау И., Ежова Е. и др. Recent advances on the understanding of the Northern Eurasian environments and of the urban air quality in China - Pan Eurasian Experiment (PEEX) program perspective Atmospheric Chemistry and Physics, - (год публикации - 2021).

3. Магрицкий Д.В. Особенности изменений теплового стока рек Северо-востока азиатской части России и оценка его величины Динамика и взаимодействие геосфер Земли. Материалы Всероссийской конференции с международным участием. Том II. Томск: Изд-во Томского ЦНТИ. 2021, Том II. С.57-60. (год публикации - 2021).

4. Магрицкий Д.В., Банщикова Л.С. Реакция стока наносов рек в бассейне р.Лены на изменения климата и хозяйственную деятельность Динамика и взаимодействие геосфер Земли. Материалы Всероссийской конференции с международным участием. Том II. 2021. Томск: Изд-во Томского ЦНТИ, 2021, Том II. С.61-64 (год публикации - 2021).

5. Морейдо В.М., Чалов С.Р., Иванов В.А., Крастынь Е.А. Применение допплеровских измерителей течений для оценки стока наносов Маккавеевские чтения - 2020. Географический ф-т МГУ г. Москва, Страницы: 35-45 (год публикации - 2021).

6. Чалов С.Р, Тарасов М.К., Чалова А.С. Закономерности сезонных изменений стока наносов в пределах разветвленного русла реки Лены География и природные ресурсы, Том: 42, Номер: 4, Страницы: 95-104 (год публикации - 2021).

7. Чалов С.Р., Ефимов В.А. Гранулометрический состав взвешенных наносов: характеристики, классификации, пространственная изменчивость Вестник Московского университета. Серия 5: География, Номер: 4, Страницы: 91-103 (год публикации - 2021).

8. Чалов С.Р., Прокопьева К.Н. Оценка баланса взвешенных наносов в дельте р. Лены по данным дистанционного зондирования Земли Исследование Земли из космоса, Номер: 3, Страницы: 19-29 (год публикации - 2021).

9. Чалов С.Р., Прокопьева К.Н. Assessment of Suspended Sediment Budget of the Lena River Delta Based on the Remote Sensing Dataset Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, Vol. 57, No. 9, pp. 1051–1060 (год публикации - 2021).

10. Чалов С.Р., Прокопьева К.Н., Хабель М.Я. North to South Variations in the Suspended Sediment Transport Budget within Large Siberian River Deltas Revealed by Remote Sensing Data Remote Sensing, Том: 13, Номер: 22, Номер статьи: 4549 (год публикации - 2021).


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
С помощью сценариев хода региональной температуры воздуха и количества осадков, которые могут быть оценены на будущее только с помощью моделей общей циркуляции атмосферы, получены проекции возможных изменений речного стока в бассейне Лены до конца XXI века. Согласно проекциям, сток будет расти, причем этот рост неравномерный в зависимости от концентрации парниковых газов. Выполнен сравнительный корреляционный анализ основных свойств почвы определяющих ее смываемость в двух базах данных SOILGRID.org и Единый государственный реестр почвенных ресурсов. На основе данных ЕГРПР создана векторная карты смываемости почв водосбора р.Лены. Обобщенная интегральная оценка баланса наносов на всю территорию водосбора Лены показала, что в современных гидроклиматических условиях бассейн Лены представляет собой область аккумуляции, темпы которой значительно превышают объемы выноса за пределы речного бассейна. При стоке наносов (взвешенных и влекомых) в устье (вершина дельты) 38.6 •106 т/год, лишь около 3 % продуктов бассейновой эрозии и около 10 % русловой эрозии достигает устья р. Лены. Выполнен анализ трансформации климатических факторов стока наносов, актуальных для большей части бассейна р. Лены, расположенной в зоне вечной мерзлоты. Обнаружен восходящий тренд температуры воды за 1990-2019 гг. с величиной от 0,2 до 0,8оС/10 лет и выше. В зону с наибольшим нагревом речных вод (ΔT>1оС) попадают левобережье нижней Лены, крайне западные районы и нижняя часть бассейна р.Вилюя с Центрально-Якутской равниной, северная часть Приленского плато с низовьями р.Алдана. В колебаниях годового стока изменения отмечаются с конца 1980х – начала 1990х годов в западной части бассейна (переломные годы 1988 и 1990/1994 гг.) и с середины – второй половины 1990х гг. (единый год 1996) в юго-восточной части бассейна. Пространственная привязка всех оцененных изменений температуры и расходов воды, теплового стока, сопоставление их между собой с учетом их величины, характера современных трендов позволили в первом приближении определить границы районов в бассейне р.Лены с наиболее благоприятными гидрологическими условиями к активизации размыва речных русел и увеличеню стока наносов руслового генезиса. Детально исследованы пространственные закономерности развития бассейновой и русловой эрозии. Определены величины размыва речных берегов нижних 1800 км Лены, нижней части бассейнов Вилюя и Алдана, включая их крупные притоки, такие как Марха, Тюнг, Амга, создан задел для расчета объемов поступления наносов на этих участках. На участках широкопойменного русла р. Вилюй за период с 1984 по 2021 г. средние масштабы размыва определены величиной 600 до 1200 м. На р.Марха сопоставимые с нижним Вилюем скорости многолетнего размыва, несмотря на существенно меньшие (в несколько раз) расходы воды – от 40 до 400 м. В низовьях р.Тюнг скорости эрозии не превысили 100 м на 100 км, что можно объяснить меньшей водностью этой реки, в сравнении с Мархой. На р.Алдан обнаружены сопоставимые с Вилюем и Мархой скорости эрозии. Они увеличиваются ниже слияния рр. Алдан и Амга – с 190-730 до 460-1260 м на 100 км. Причем на Амге они близкие по своей величини – в диапазоне 200-280 м на 100 км. Определена структура русловой составляющей стока наносов. Так, в расширениях Лены 48% от общего объема продуктов размыва связана с деформациями островных массивов, в то время оставшиеся 52 % равномерно распределены между левым и правым берегом. На примере модельного участка р. Лены показано, что русловая эрозия приводит к поступлению 19,6–36 кг в год органического вещества с квадратного метра размываемого берега. На основе адаптации данных реанализа ERA5-Land с привлечением многолетних мониторинговых данных на метеостанциях Тикси и Кюсюр установлено, что плановые переформирования речных русел в районе дельты Лены могли претерпеть изменения за счет влияния метеорологических факторов, так как температура воздуха, количество осадков и солнечная радиация. Значительное и достоверное изменение исследуемых показателей произошло в начале 21 века, что могло спровоцировать интенсификацию термоэрозионной составляющей дельты, сложенной многолетнемерзлыми породами. Фиксируются значимые изменения температуры воздуха начались в 2004 году, величина тренда за период с 2004-2021 составила +1,89°C/10 лет; максимальные изменения наблюдаются в южной части дельты – в районе Оленекской и Быковской проток. Изменения в потоке солнечной радиации приурочены к 2004 году, величина линейного тренда за исследуемый период составила +7,00% /10 лет. Максимальные изменения отмечены в южной части дельты – участок главного русла до разветвления у острова Столб. Значимых изменений по количеству осадков статистически не обнаружено. Изменения в скорости и направленности русловых переформирований, связанные с климатическими изменениями, а конкретно с изменениями температурного фактора, более вероятны в июне, в период прохождения половодья и интенсификации береговых размывов, а также в августе. За эти месяцы установлены наибольшие по величине тренды до 3,5 ℃ /10 лет Проведена количественная оценка стока наносов с территории модельного водосбора одного из ключевых водосборов, характеризующих сельскохозяйственное освоение территории - р.Большая Черепаниха. Построена картографическая модель интенсивности эрозионно-аккумуляционных процессов. В результате проведенных расчетов было установлено, что за период с 1966-1985 по 1986-2021 произошло более чем двух кратное сокращение стока наносов с водосбора в реку (с 5162 т /год до 2444 т/год). Наблюдающаяся динамика совпадает по направлению с динамикой изменения стока наносов в реке Большая Черепаниха. Результаты проекта представлены на международном вебинаре World Large River and Delta Systems, from Source to Sink (https://meas.ncsu.edu/sealevel/s2s/talks.html), международной площадке экспертов по тематике изучения стока наносов больших рек и их дельт. Запись выступления С.Р. Чалова «Sedimentation patterns from the headwaters to the delta of the Lena River» доступна по ссылке https://youtu.be/HM3O1cpGm3A. В рамках проекта создана программа "Sediment Load" и получено свидетельство о ее регистрации (https://istina.msu.ru/certificates/446961896/). Программа предназначена для моделирования распространения взвешенных веществ по речной сети ниже техногенных источников поступления. Она используется для сценарных оценок, связанных с влиянием горндобывающей деятельности на сток наносов в бассейне Лены.

 

Публикации

1. - Количество взвесей в реках научились оценивать при помощи ультразвука ТАСС Наука, Это позволит оценить темпы распространения загрязняющих веществ по руслу, сообщила в пятницу пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). (год публикации - ).

2. - Новый метод поможет определять количество взвесей в реках Planet Today, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data. (год публикации - ).

3. - Новый метод поможет определять количество взвесей в реках Поиск, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data. (год публикации - ).

4. - НОВЫЙ МЕТОД УЧЕНЫХ МГУ ПОМОЖЕТ ОПРЕДЕЛЯТЬ КОЛИЧЕСТВО ВЗВЕСЕЙ В РЕКАХ Научная Россия, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data. (год публикации - ).

5. - Ультразвук поможет определять количество взвесей в реках Полит.ру, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data (год публикации - ).

6. - Новый метод поможет определять количество взвесей в реках Рамблер, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data. (год публикации - ).

7. - Новый метод поможет определять количество взвесей в реках Indicator, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data. (год публикации - ).

8. - КОЛИЧЕСТВО ВЗВЕСЕЙ В РЕКАХ НАУЧИЛИСЬ ОЦЕНИВАТЬ ПРИ ПОМОЩИ УЛЬТРАЗВУКА Национальные проекты России, Это позволит оценить темпы распространения загрязняющих веществ по руслу, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). (год публикации - ).

9. - Новый метод поможет определять количество взвесей в реках Moscow Media, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data. (год публикации - ).

10. - Новый метод поможет определять количество взвесей в реках Россия24.pro, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data. (год публикации - ).

11. - Новый метод поможет определять количество взвесей в реках Свободная трибуна, Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Big Earth Data. (год публикации - ).

12. Джамалов Р. Г., Власов К. Г., Галагура К. Г., Сафронова Т. И., Григорьев В. Ю., Ефимов В. А., Решетняк О. С., Оботуров А. С. Закономерности изменений модуля химического стока рек бассейна Лены в 2010-2019 годах Водные ресурсы, - (год публикации - 2023).

13. Иванов В.А., Чалов С.Р. Эмпирическая модель распределения взвешенных наносов по глубине крупных рек Гидросфера, - (год публикации - 2022).

14. Магрицкий Д.В. НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА СТОКА ВОДЫ НЕИЗУЧЕННЫХ РЕК (НА ПРИМЕРЕ РЕК СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ) Геосфера. Современные проблемы естественных наук, Вып.15 (ч. 1), с.121-123 (год публикации - 2022).

15. Магрицкий Д.В. Новые данные о распределении нормы стока воды на Северо-Востоке России и притоке речных вод в арктические моря Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление, - (год публикации - 2022).

16. Магрицкий Д.В. Новая методика расчета теплового стока рек при отсутствии данных наблюдений Известия Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле, Т. 40. С. 82–104. (год публикации - 2022).

17. Магрицкий Д.В. НОВЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ОЦЕНКЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ РЕК НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ АЗИАТСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии. Материалы IV Всероссийской научной конференции с международным участием, Т.3. с. 102-109 (год публикации - 2022).

18. Магрицкий Д.В., Морейдо В.М., Прокопьева К.Н. НАРУШЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО РЕЖИМА СТОКА ВОДЫ И НАНОСОВ ВИЛЮЯ ВОДОХРАНИЛИЩАМИ Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии. Материалы IV Всероссийской научной конференции с международным участием, Т.1, с. 189-198 (год публикации - 2022).

19. Магрицкий Д.В., Морейдо В.М., Прокопьева К.Н. ИЗМЕНЕНИЕ КАСКАДОМ ВОДОХРАНИЛИЩ СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ РЕКИ ВИЛЮЙ Гидросфера. Опасные процессы и явления, Т. 4. Вып. 1. С. 68–92. (год публикации - 2022).

20. Мальцев К.А., Голосов В.Н., Ермолаев В.Н., Иванов М.А, Чижикова Н.А. Assessment of Net Erosion and Suspended Sediments Yield within River Basins of the Agricultural Belt of Russia Water, Номер статьи 2781, Том 14, Выпуск 18 (год публикации - 2022).

21. Мальцев К.А., Иванов М.А Comparative Study on Sediment Delivery from Two Small Catchments within the Lena River, Siberia Water, Номер статьи 3055, Том 14, Выпуск 19 (год публикации - 2022).

22. Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Киреева М.Б., Григорьев В.Ю., Гельфан А.Н., Сазонов А.А., Шевченко А.И. Streamflow of Russian Rivers under Current and Forecasted Climate Changes: A Review of Publications. 1. Assessment of Changes in the Water Regime of Russian Rivers by Observation Data Water Resources, Vol. 49, No. 3, pp. 333–350. (год публикации - 2022).

23. Цыпленков А.С., Чалов С.Р., Шинкарева Г.Л. ВОДНАЯ ЭРОЗИЯ ПОЧВ В БАССЕЙНАХ КРУПНЕЙШИХ РЕК СИБИРИ Известия Русского Географического Общества, - (год публикации - 2022).

24. Чалов С.Р., Морейдо В.М., Иванов В.А., Чалова А.С. Assessing suspended sediment fluxes with acoustic doppler current profilers: case study from large rivers in Russia Big Earth Data, с. 1-23 (год публикации - 2022).

25. Чалов С.Р., Прокопьева К.Н. Sedimentation and Erosion Patterns of the Lena River Anabranching Channel Water, Том 14, № 23, номер статьи 3845. (год публикации - 2022).

26. Чалов С.Р., Прокопьева К.Н. Причины и закономерности увеличения стока взвешенных нансов в дельтах Лены и Колымы ЭРОЗИЯ ПОЧВ И РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ, Выпуск 22, с. 309-320 (год публикации - 2022).

27. Чалов Сергей Романович, Семин Владимир Николаевич, Самсонов Тимофей Евгеньевич, Прокопьева Кристина Николаевна Модель "SedimentLoad" -, № 2022612815 (год публикации - ).