Гидрология суши

Описан метод построения вероятностных распределений характеристик максимального стока на основе динамико-стохастической модели формирования речного стока, позволяющей учесть изменения условий стокообразования, обусловленных деятельностью человека на речном водосборе. Для аппроксимации построенных распределений предлагается применить распределение Джонсона, один из параметров которого принимается равным детерминистической оценке предельной величины характеристики стока.

Сток {90}Sr составил 0, 22-0, 67% запаса на водосборе с уменьшением этого показателя для рек высоких широт, находящихся в зоне распространения мерзлых и сезоннопромерзающих грунтов. Экологический полупериод уменьшения концентрации {90}Sr в воде рек Восточной Фенноскандии за 1979-1985 гг. составил 5, 9-11, 5 лет.

Для области формирования стока реки Зеравшан впервые определена изменчивость основных составляющих годового водного баланса: осадков, испарения, ледникового питания и динамического запаса воды в бассейне.

Представлены результаты расчета и анализа долгопериодной пространственной изменчивости объемов притока широкого спектра растворенных химических веществ в Обско-Тазовскую устьевую область. Показано, что физический перенос минеральных форм азота и фосфора, кремнекислоты, нефтяных углеводородов, фенолов, соединений тяжелых металлов по течению рек, впадающих в Обско-Тазовскую устьевую область, преобладает над процессами их химико-биологической трансформации.

В июне 2010 г. на территории России наблюдалось 68 опасных гидрометеорологических явлений, из них 7 (2 случая смерча и 5 случаев града) Гидрометцентр России не прогнозирует и не оценивает, кроме того, 3 явления были причислены к категории неблагоприятных гидрометеорологических явлений. Заморозки отмечались местами в Оренбургской области 1 июня на поверхности почвы до -5{O}C. 5 и 6 июня на юге Челябинской области и в Курганской области стояла сильная жара (35-37{O}C).

Рассмотрено опасное явление на реке Нева, развивающееся в процессе ее замерзания - образование внутриводного льда, приводящего к закупорке водозаборов, и зажоров, обусловливающих резкое уменьшение стока воды ниже их по течению и наводнения.

Опасные явления. Аномально холодная погода стояла 29 января - 3 февраля в Новосибирской, Томской, Кемеровской областях, Алтайском крае и Республике Алтай; 29 января - 2 февраля в Омской области со среднесуточной температурой воздуха на 10-19 {0}С ниже нормы (минимальная температура ночью -40... -42 {0}С) ; 31 января - 2 февраля на юге Тюменской области со среднесуточной температурой на 10-16 {0}С ниже нормы.

Представлены результаты статистической оценки максимальных расходов дождевых паводков рек бассейна Среднего и Нижнего Амура. По удлиненным рядам натурных наблюдений рассчитаны обеспеченные значения расходов воды, выполнен анализ редукции модуля стока 1%-ной обеспеченности по площади.

Опасные явления. 17-19 марта в Хабаровском крае отмечался комплекс метеорологических явлений погоды: выпал снег (до 10 мм осадков за 12 ч), наблюдалась метель, по долинам рек ветер усиливался до 18-20 м/с. Днем 20 марта в северной части Сахалина мела сильная метель с видимостью 50-500 м и продолжительностью более 12 ч при ветре 20-29 м/с, в Советской Гавани порывы ветра достигали 30 м/с.

На основе обобщения многолетних материалов наблюдений Подмосковной воднобалансовой станции выявлен механизм влияния климатических изменений на сток реки Медвенка в зимний и весенний периоды. Показано, что повышение среднемесячной температуры в 1981-2008 гг. в январе и феврале в среднем на 2. 8 {0} С вызвало увеличение стока за эти месяцы в 1, 9 раза и уменьшение его в апреле на 15% по сравнению с периодом 1958-1980 гг.

Атмосферная циркуляция. В верхней стратосфере на уровне АТ-10 располагавшийся над полюсом антициклон в течение всего месяца имел геопотенциал ниже нормы на 15-20 дам. В последней пятидневке августа началась перестройка циркуляции на зимний режим, завершившаяся к 1 сентября формированием циркумполярного вихря. В экваториальной стратосфере в августе сохранялась восточная фаза ветров квазидвухлетнего цикла.

Опасные явления. 1 сентября в Краснодарском крае в районе Хосты над Черным морем на большом удалении от берега наблюдался смерч, не достигший поверхности воды. 2 сентября в Омской области отмечались заморозки на поверхности почвы и в приземном слое до -5{0}C; 2 и 3 сентября в Новосибирской, Томской, Кемеровской областях, Алтайском крае в воздухе и на почве до -1 {0}С.

В учебном пособии освещаются вопросы оценки качества поверхностных вод, рассматриваются основные источники загрязнения и методы химического анализа поверхностных вод. Представлены различные методы оценки качества воды по гидрохимическим, гидробиологическим и экотоксикологическим показателям, а также критерии пригодности воды для питьевых и хозяйственных целей. Полученные магистрантами знания могут быть использованы при разработке и осуществлении мероприятий по охране вод, обеспечению их экологической безопасности и рациональному использованию водных ресурсов.

Рассмотрены основные вопросы гидрометрии; даны описания методов проведения работ по измерению уровней воды, глубин, скоростей, расходов и других характеристик водотока и обработки результатов измерений. Приводятся описания приборов и способы производства работ.

В работе рассмотрены теоретические вопросы правового регулирования и действующее российское законодательство в сфере охраны поверхностных вод от загрязнения, выявлены и проанализированы основные организационные и практические проблемы охраны водных объектов от негативного антропогенного воздействия, а также разработаны научно обоснованные рекомендации по совершенствованию водного и экологического законодательства. Издание подготовлено по состоянию законодательства на сентябрь 2011 г.

На основе анализа многолетней режимной гидрохимической и гидробиологической информации Государственной службы наблюдений на водных объектах Кольского Севера представлены результаты оценки состояния водных сообществ с учетом хронического характера загрязнения соединениями тяжелых металлов.

Рассматриваются зимний режим реки Енисей и причины происходящих зимой подъемов уровней воды, способ обнаружения кромки ледостава из космоса. Обоснована методика прогноза дат установления ледостава, подвижек льда и подъемов уровней воды при ледоставе и подвижках.

На основе анализа многолетних данных о содержании органического вещества и цветности вод рек изучены закономерности сезонной изменчивости гидрохимических показателей с использованием кривых обеспеченности. Выполнена оценка качества вод рассматриваемых рек для разных сезонов.

В июле 2010 г. на территории России наблюдалось 73 опасных гидрометеорологических явления, из них 4 случая града, которые Гидрометцентр России не прогнозирует и не оценивает. Кроме того, 3 явления были причислены к категории неблагоприятных гидрометеорологических явлений. 1 июля в Краснодарском крае прошел очень сильный дождь; в Волгоградской области грозовой дождь сопровождался сильным ливнем (до 47 мм). В Ставропольском крае в результате очень сильного дождя произошло подтопление села Гофицкое.

Рассказывается о дефиците воды на планете.

В верхней стратосфере на уровне изобарической поверхности 10 гПа в начале мая 2010 г. произошла смена циркуляции на летний режим. Несмотря на то, что стратосферная перестройка была поздней, установившийся над полюсом антициклон в течение месяца по положению и интенсивности соответствовал средним многолетним значениям. В экваториальной стратосфере продолжалось усиление восточной фазы ветров квазидвухлетнего цикла.

Выявлены зависимости процессов нарастания толщины льда на ледовых профилях Воткинского водохранилища от сумм отрицательной температуры воздуха. Рассмотрена возможность их использования для прогноза толщины ледового покрова.

Цель исследования - разработать методику долгосрочного прогноза с учетом изменения климатических факторов характеристик группировок минимального 30-суточного стока рек и оценить их численные значения.

Представлены результаты обобщения многолетних данных гидрохимического мониторинга загрязнения пресноводных экосистем в наиболее развитых экономических районах России. Подробно описаны факторы формирования антропогенно-измененного природного фона по приоритетным загрязняющим веществам.

Северная Двина, как река с максимальным расходом на водосборе Белого моря, оказывает значительное влияние на гидрохимическую структуру Двинского залива и бόльшей части всего моря. Ее устьевая область представляет интерес ввиду того, что является маргинальным фильтром и испытывает на себе сильное влияние полусуточных приливов и антропогенную нагрузку не только Архангельской агломерации, но и всей Архангельской области. Для оценки качества вод данной области предложено рассмотреть их кислородонасыщение как показатель интенсивности протекания продукционно-деструкционных процессов. Изучены временная (межгодовая, сезонная, мезомасштабная, или приливная) и пространственная изменчивости кислородонасыщения вод устьевой области р. Северной Двины, а также его зависимость от скорости течения в пределах мезомасштабной неоднородности. В основе исследования лежат данные, полученные в ходе экспедиционных работ Северо-Западного отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН в марте 2014 года и октябре 2015 года. Воды в марте отнесены к категории «грязные» (в силу естественных причин), а в октябре – к категории «чистые». Отмечены значительная сезонная, а также незначительные мезомасштабная (приливная) и пространственная изменчивости кислородонасыщения. Проанализированы архивные данные по кислородонасыщению на створах государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды за период 2000–2014 годов. Результаты исследования указывают на превалирование сезонной изменчивости над межгодовой, а также на отсутствие влияния изменчивости скорости течения на приливную изменчивость кислородонасыщения.

Опасные явления. Аномально жаркая погода наблюдалась 1-9 июня в Ямало-Ненецком автономном округе, среднесуточная температура воздуха на 10-24 {0} С превысила климатическую норму, 5-9 июня в Ханты-Мансийском автономном округе - на 10-13 {0} С. 1-3 июня отмечались заморозки в воздухе и на поверхности почвы в Забайкальском крае и в Бурятии.

Разработан алгоритм, позволяющий оценить гидрологическую роль основных антропогенных факторов формирования стока р. Москвы в отдельности и в комплексе. Проанализировано влияние на сток в бассейне р. Москвы ландшафтных преобразований, гидротехнических сооружений, использования воды за характерные периоды последних 150 лет (середина XIX в., начало ХХ вв., 1960–1980 гг., первое десятилетие XXI в., период исчисления нормы стока). Показано основное гидрологическое влияние урбанизации на территории бассейна р. Москвы на формирование речного стока в последние десятилетия. Оценено соотношение антропогенных и климатических факторов общего изменения стока р. Москвы в начале XXI в

Исследуются возможности повышения эффективности и оценки неопределенности ансамблевых долгосрочных прогнозов весеннего половодья на основе физико-математической модели формирования стока на примере реки Вятка.

Донные отложения малых рек претерпевают существенные изменения в промышленно-урбанизированных и сельскохозяйственных районах. Они отличаются от речного аллювия содержанием и формой нахождения химических элементов, что обусловлено спецификой производств, расположенных на прилегающей к водотокам территории.

18 ноября 2008 г. исполнилось 75 лет известному ученому-гидрологу, заведующему лабораторией расчетов стока Государственного гидрологического института, доктору технических наук, профессору Анатолию Вадимовичу Рождественскому.

В августе 2011 г. наблюдалось 46 опасных гидрометеорологических явлений, из них 7 явлений (3 случая смерча и 4 случая града), которые Гидрометцентр России не оценивает, кроме того, 8 явлений были причислены к категории неблагоприятных гидрометеорологических явлений.

Реки могут сами очищать себя, не избавляясь от опасных загрязнителей полностью, но существенно снижая их концентрацию.

Для подготовки достоверных долгосрочных прогнозов радиоактивного загрязнения рек проведен анализ потенциально возможных механизмов, влияющих на изменение концентрации 137Cs в поверхностных водах. Рассматривались следующие механизмы: 1) радиоактивный распад; 2) адвективный вынос водами реки; 3) необратимая сорбция; 4) заглубление в донные отложения за счет диффузии; 5) захоронение чистыми донными отложениями.

Предлагается методика оценки скорости перемещения и места остановки транспортируемого селевым потоком крупногабаритного скального обломка на разных участках водотока с учетом гидравлических характеристик потока и геометрических размеров скального обломка.

В декабре 2008 г. исполнилось 75 лет с начала метеорологических наблюдений в станице Должанская. Практически одновременно (с 1934 г. ) на станции начались морские гидрометеорологические наблюдения.

На основе анализа прозрачности поверхностного слоя воды получен сезонный ход прозрачности для всей акватории озера на эквидистантной сетке и для лимнических районов. Приведено пространственное распределение среднемесячных значений прозрачности воды.

Впервые для рек водосбора Воткинского водохранилища выполнены исследования и систематизация процессов заторообразования по материалам наблюдений на гидрологических постах и данным анкетирования.

Выполнен анализ методов расчета пропускной способности русла с поймами. Установлено, что стандартная методика, рекомендуемая нормативными документами, неэффективна. Одной из причин больших погрешностей расчетов по ней является неучет эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков.

Интервью председателя правления Российского водного общества А. П. Каткова о проблемах комплексного управления водными ресурсами, функционирования отрасли водоснабжения и водоотведения, обеспечения безопасности и безвредности питьевой воды.

Представлены результаты исследования формирования зимнего стока в бассейне реки Северная Двина. Выявлены особенности формирования зимнего стока на основе анализа условий уменьшения стока в разных частях речного бассейна. Установлено регулирующее влияние верхних звеньев речной сети на нижние звенья.

Исследования, выполненные в бассейне реки Северная Двина, показали, что значительную роль в увеличении водности рек зимой в последние десятилетия сыграло уменьшение толщины льда на малых реках. Этот процесс привел к улучшению пропускной способности русел в результате уменьшения интенсивности ледообразования на реках и увеличения доли подземных вод, участвующих в формировании зимнего речного стока.

Определены уровни содержания ртути в воде экосистемы дельты реки Северная Двина. Изучены взаимосвязи концентраций ртути с физико-химическими параметрами водного объекта, а именно с pH, Eh, температурой, соленостью, содержанием кислорода и органических веществ.

Предложен алгоритм учета дополнительного гидравлического сопротивления, вызванного водной растительностью. Его реализация при моделировании русловых деформаций в узле слияния равнинных рек Суды и Колпи (Вологодская область) позволила проанализировать влияние растительности на переформирование русел равнинных рек.

Рассмотрены особенности формирования и сезонной динамики гидрологической структуры Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища. На основании модельных расчетов установлен вклад различных генетических типов вод, включая стоки города Череповец в формирование его водных масс.

В октябре 2010 г. наблюдалось 16 опасных гидрометеорологических явлений, кроме того, 4 явления были причислены к категории неблагоприятных гидрометеорологических явлений. 1-10 октября в Калининградской области, в Центральном и Южном федеральных округах местами отмечались заморозки. 13-19 октября в большинстве областей Кировской и Нижегородской областей, Удмуртии, Чувашии, Марий Эл произошло установление временного снежного покрова, что на 10 дней и более раньше средних многолетних сроков.

Методом фрактальной диагностики проведена оценка размерности пространств вложения для максимального, годового и минимального стоков, а также уровней озер и стока взвешенных наносов. Для годового стока с применением ГИС-технологии получена фоновая карта распределения указанной размерности для России.

Северо-Восток России – регион, водообеспеченный по показателям среднегодового стока, но ежегодно в зимний период он превращается в вододефицитный. Для выработки мер по снижению действия этого негативного гидроэкологического фактора необходимо изучить закономерности изменения речного стока в зимнюю межень. Цель работы – получить математическую модель кривых истощения стока для непромерзающих рек Северо-Востока России в зимнюю межень и применить ее для предвычисления ежедневных расходов воды. На основе анализа гидрографов зимнего стока непромерзающих рек Северо-Востока России выявлены различия в характере истощения стока по обе стороны Главного водораздела Земли, обусловленные климатическими условиями. Кривые истощения зимнего стока хорошо описываются экспоненциальной функцией. Коэффициент истощения стока связан с тепловым стоком реки, косвенно характеризующим режим поступления тепла и влаги на водосбор. Для неизученных рек предложен индекс тепловодообеспеченности бассейна, представляющий собой произведение нормы слоя годового стока и среднемноголетней температуры воздуха по Цельсию, увеличенной на 20 °C. Полученная математическая модель позволяет предвычислять ежедневные расходы воды на полгода вперед (середина октября – середина апреля) не только на работающих гидрологических постах, но и на неизученных реках. Для этого необходимо измерить расход воды в середине октября или же определить его по модулю расхода ближайшей реки-аналога. Верификация модели проводилась по данным двух гидрологических постов, которые не использовались при разработке расчетной схемы, т. е. на независимом материале. Точность расчета средне- многолетних кривых зимнего стока 11,4–14,7 %, а кривых конкретных лет – 3,3–16,7 %.

Рассмотрен гидрологический режим озерно-речных систем водосбора западной части Белого моря. Исследовано влияние искусственного регулирования и изменений климата на гидрологический режим рек региона на основе анализа длительных рядов наблюдений (1931–1996 годы) за основными гидрологическими характеристиками. Гидроэнергетическое освоение рек региона привело к увеличению меженного стока и сокращению доли стока за половодье в среднегодовом стоке воды. Этому также способствовали изменения климата, происходившие в регионе. На территории водосбора западной части Белого моря в исследуемый период наблюдалось повышение среднегодовых температур и увеличение годового количества осадков. При этом наиболее значительное повышение температур и увеличение количества осадков происходило в холодное полугодие, способствуя частичной «сработке» снежного покрова в зимний период. На территории водосбора Белого моря в исследуемом периоде отмечалась фаза повышенной водности и общей увлажненности. Положительные тренды среднегодовых расходов воды были отмечены на всех реках рассматриваемого региона. Согласно оценкам Государственного гидрологического института, рост средних годовых температур и увеличение количества осадков продолжаются и в настоящее время. Учитывая сохранение отмеченных климатических тенденций, можно предположить дальнейшее сглаживание сезонных колебаний стоковых характеристик. Вычислены коэффициенты условного водообмена для крупных озер и водохранилищ региона. Большинство водоемов характеризуются слабым внешним водообменом, а значит, способны ассимилировать значительное количество загрязняющих веществ, в т. ч. антропогенного происхождения. Большое количество таких озер, расположенных на водосборах рек, может значительно снизить поступление твердого стока и растворенных химических веществ в море.

Предложена методика предвычисления гидрографа талого стока на основе физико-математических моделей формирования речного стока, имеющихся стандартных данных наземных гидрометеорологических измерений и спутниковых измерений состояния земной поверхности. Показано, что спутниковые измерения снежного покрова, несмотря на возможные погрешности, могут быть важным дополнением к наземным измерениям для воспроизведения пространственной картины формирования стока.

Рассматриваются основные принципы формирования специализированных массивов о наблюдавшихся опасных гидрометеорологических явлениях и неблагоприятных условиях погоды, а также опыт Росгидромета по стандартизации учета и отчетности последствий их воздействия. Приводится распределение суммарного числа случаев опасных гидрометеорологических явлений и неблагоприятных метеорологических явлений за 1991-2008 гг., вызвавших социальные и экономические потери.