Анализ, моделирование и прогнозирование изменений гидрологических систем, водных ресурсов и качества вод суши

В 2022 гг. коллективом кафедры гидрологии суши МГУ имени М.В.Ломоносова в рамках Госзадания выполнялись научно-исследовательские работы по 2 этапу темы «Анализ, моделирование и прогнозирование изменений гидрологических систем, водных ресурсов и качества вод суши». Целью НИР было оценка современного состояния рек, озер и водохранилищ, характеристик речного стока и гидрологического режима водных объектов суши, их реакции на изменения климата, криосферы и техногенное воздействие, установление причинно-следственных связей; развитие методов исследования, моделирования и прогнозирования, расширение информационной основы и практической значимости результатов НИР. Работы выполнены полностью в соответствии с техническим заданием на 2022 год. Дополнена новыми и уточненными данными мониторинга на постах в европейской и азиатской частях страны, материалами экспедиционных работ в 2022 г. на реках Центрального региона, Северного Кавказа и Крыма, Ямало-Ненецкого АО, а также на Можайском, Рыбинском и Цимлянском водохранилищах, озерах Глубоком и Косинских, кафедральная база гидрологических данных. Уточнены или получены новые оценки пространственно-временных изменений характерных расходов воды, сезонного и годового стока рек (с оценкой их отклонений, трендов и нарушения стационарности, определением переломных лет) в бассейнах Северной Двины, Верхней и Средней Волги, Дона, Крыма, Тобола. С помощью ПК GrWat и изотопного анализа произведено для ряда рек Сев.Кавказа, рек в бассейнах Волги и Урала расчленение гидрографов. Для рек в бассейне С.Двины и Дона получены оценки подземного стока, достоверности их связи с меженным стоком и минимальными расходами. Проведено районирование территории и типизация рек ЕТР по характеру временной изменчивости; получена классификация малых рек в бассейне Волги. Выполнен анализ и типизация факторов формирования весеннего половодья рек ЕТР; типизация современных особенностей водного режима рек с помощью методов машинного обучения, районирование территории по ним. Для бассейна Урала проанализированы потенциальные факторы весеннего половодья, их динамика; получены уравнения связи стока и метеохарактеристик; изучены условия формирования периодов экстремально низкой водности, их пространственно-временное распределение. Для рек Северо-востока АТР детально проанализированы пространственно-временные изменения температуры воды и теплового стока рек, их связи с температурой воздуха и расходами, построены карты температур и теплового стока, высотно-термических зон, региональные зависимости, получены оценки теплового стока в устьях больших рек и его поступления в моря (впервые). Проанализированы пространственно-временные изменения толщины ледяного покрова на реках Азиатской части России. Разработка методов детектирования (и их проверка на базе ECOMAG для бассейнов рр. Вятка, Печора, Лена и Селенга) направленных изменений стока рек и выявления климатического сигнала в этих изменениях; адаптация ECOMAG под расчет бокового притока к Колымскому водохранилищу, воспроизведение водного режима рек в бассейне р. Томи. Исследование динамики водных потоков многорукавного русла средней Оби на основе и STREAM_2D. Изучение возможности моделирования речного стока с помощью разных гидрологических моделей. Настройка модели ГЭМВ-МГУ для Угличского, Иваньковского и Вазузкого водохранилищ; изучение с ее помощью влияния сбросов и боковой приточности, их размера, сезонности и размещения, степени очистки сточных вод на качество воды в водохранилищах и его трансформацию, баланс биогенных и органических веществ. Пробные исследования эффективности реконструкции долинного водохранилища в полисекционный водоем; для Можайского и Горьковского водохранилищ - связей биогенных веществ с характеристиками фитопланктона; анализ сезонных и многолетних изменений зоопланктона в Можайском водохранилище, их связей с погодными условиями. Определение современной структуры водного и теплового баланса, сезонной и пространственной динамики гидроэкологических показателей Косинских озер г.Москвы. Анализ распределения фтора в оз. Иссык-Куль и закономерностей его накопления в водах бессточных водоемов. Исследование влияния потепления климата и изменений ледового режима на кислородный режим северных рек зимой, климатически обусловленных и антропогенных изменений речного стока в 1936-2018 гг. на воспроизводство леща в низовьях Дона, обоснование рекомендаций по улучшению ситуации. Оценка удельных потоков метана с поверхности Иваньковского, Цимлянского, Чиркейского и Рыбинского водохранилищ; содержания биогенных и органических веществ в реках бассейна Западной Двины; стока химических веществ в растворённой и взвешенной формах для среднего течения и низовьев рек Обь, Енисей, Лена и Колыма. Обобщение данных по гидрохимии фосфора в материковом стоке растворенных и твердых веществ, его динамике в устьях рек; разработка методики экспериментального моделирования сорбционно-десорбционных процессов в зоне смешения речных и морских вод, определение реального поступления ряда растворенных веществ (в относительных показателях) с речным стоком в морские воды. Подведение итогов гидрохимического и гидрофизического обследования рек Крыма в 2021-2022 г., оценка пространственной изменчивости характеристик и установлением ее факторов. Обобщение оценок бассейновой и русловой эрозии, аккумуляции наносов на водосборе на базе ГИС, RUSLE, российской и глобальных баз данных о подстилающей поверхности, GWSE, сравнение их со стоком наносов на замыкающих створах Оби, Енисея и Лены. Получение методики оценки нагрузки поступления ЗВ с муниципальных образований на основе районирования территории, ее применение для бассейна оз. Байкал. Анализ режима стока воды реки Анадырь, распределения стока в пойменно-русловых разветвлениях, обоснование зависимости между оптической и весовой мутностью. Исследование транспорта наносов и формирования зон повышенной мутности в приливных устьях рек бассейна Белого и Баренцева моря; анализ отечественного и зарубежного опыта их моделирования; практическое исследование динамики наносов для обеспечения судоходства и гидроэкологического равновесия - на примере канала Мудьюгских башен в устье Сев. Двины. Натурные исследования русловых процессов на верхней Оби, средней Лене и Иртыше, русловой анализ для этих рек; географический анализ распространения излучин русла разного типа, создание мелкомасштабной карты процессов меандрирования на реках России; разработка основ методов регулирования сложно разветвлённых русел больших и крупнейших рек и конкретных рекомендаций для средней Лены и верхней Оби в пределах исследованных участков; оценка русловых размывов и их статистический анализ для рек с наибольшей интенсивностью их проявления в разных физико-географических зонах и с различными типами русла. Настройка одномерной гидродинамической модели участка дельты Волги от ее вершины до линии г.Астрахань – п.Красный Яр с использованием открытого HEC-RAS; описание с ее помощью внутригодового перераспределения стока по дельтовым рукавам. Характеристика гидролого-морфологической структуры устья Варзуги в зимний период. Реализация метода по совмещению данных спутниковой съемки и наземных измерений при картировании и удаленном определении мутности воды, размеров компонентов водных и околоводных ландшафтов (на примере восточной части дельты р.Терек). Методология работ: Теоретические разработки, статистический анализ, географические обобщения и картирование, компьютерное моделирование и комплектация баз данных, полевые исследования, анализ данных дистанционного зондирования Земли и реанализа, лабораторные исследования Часть полученных результатов имеет практическое применение. Это, в частности, рекомендации по улучшению ситуации с воспроизводством леща в низовьях Дона, выводы по динамике наносов в канале Мудьюгских башен в устье Сев. Двины, обоснованные основы методов регулирования сложно разветвлённых русел больших и крупнейших рек, конкретные рекомендации для средней Лены и верхней Оби по улучшению русловой обстановки; адаптированные под конкретные объекты, наборы данных и процессы модели STREAM_2D, STREAM_2D и ГЭМВ-МГУ; уравнения связи гидрологических, ландшафтных и метеохарактеристик, карты с потенциалом их использования как в гидрологических расчетах, так и прогнозах; выводы об эффективности реконструкции долинного водохранилища в полисекционный водоем с целью улучшения качества воды. По итогам исследований в 2022 г. (и предыдущих лет) подготовлены 57 публикаций, рукопись коллективной монографии «Разветвления речных русел», рукопись учебника «Речные наносы»; издан «Толковый терминологический и понятийный словарь-справочник по русловедению».