Быстрое меню


Русскоязычная часть:


Социальные сети:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
«Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»
(ЮНЦ РАН)
Год проведения

Категории

Деятельность


№ 22-27-00818 Влияние длительного маловодья и изменений климата (на рубеже XX-XXI веков) на динамику взвешенного вещества в устьевой области Дона./ Influence of long low water period and climate changes (at the turn of the XX-XXI centuries) on the dynamic

Проект Российского научного фонда в рамках конкурса «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Название проекта  22-27-00818
Влияние длительного маловодья и изменений климата (на рубеже XX-XXI веков) на динамику взвешенного вещества в устьевой области Дона


Influence of long low water period and climate changes (at the turn of the XX-XXI centuries) on the dynamics of suspended matter in the estuary area of the river Don. (English version)


Руководитель проекта:
Бердников Сергей Владимирович, д.г.н.

Основные исполнили проекта:
Клещенков Алексей Владимирович, к.г.н.
Шевердяев Игорь Викторович, к.г.н.
Герасюк Виктория Сергеевна, м.н.с.
Вспомогательный персонал:
Лихтанская Наталья Викторовна, н.с.
Пляка Павел Стефанович, к.т.н.
 
Ключевые слова
 
Устьевая область Дона, маловодье, изменения климата, взаимодействие речных и морских вод, сгонно-нагонные явления, взвешенное вещество, геохимические процессы
 
Аннотация проекта
 
Проект направлен на получение новых знаний о закономерностях функционирования эстуарных экосистем Мирового океана в условиях изменения климата и антропогенных воздействий, призван способствовать реализации мероприятий Десятилетия наук об океане (2021-2030 годы), объявленного ООН.
 
Научная проблема, на решение которой направлен проект – анализ и оценка последствий наблюдаемых изменений гидрологического и гидрохимического режимов Азовского моря в один из самых длительных периодов маловодья (низкого стока р. Дон и усиленной адвекции черноморских вод с 2007 г.) и климатических аномалий на рубеже XX-XXI веков.
 
Важным феноменом эволюции Азовского моря является изменение латеральных потоков вещества в Азовское море, а именно: а) общее значительное сокращение поступления твердого вещества, изменение абсолютных величин и относительного вклада стока рек, береговой абразии, атмосферных выпадений и поступления вещества из Черного моря; б) изменения объемов поступления, форм миграции растворенных и взвешенных химических элементов в акваторию моря.
 
Продолжающийся период маловодья, рост относительного уровня воды и солености Азовского моря и Таганрогского залива, повторяемости сильных нагонных явлений позволяют утверждать об увеличении роли морских факторов в развитие дельты Дона. На фоне значительного сокращения объемов твердого стока Дона во второй половине ХХ-начале ХХI вв. во время нагонов (особенно сильных и экстремальных) в дельту может поступать значительное количество взвеси из Таганрогского залива.
 
Одним из индикаторов таких изменений в проекте рассматривается динамика взвешенного вещества в системе «река-море», зависящая от пространственно-временного положение зоны взаимодействия речных и морских вод в устьевой области Дона, где происходит существенная геохимическая трансформация речного стока. В основном эту границу отмечали ранее в Таганрогском заливе, на удалении от морского края дельты. В условиях маловодья и изменения климата граница взаимодействия речных и морских вод все чаще смещается вглубь дельты. Кроме этого, химический речной сток трансформирован вышестоящими плотинами и водохранилищами, антропогенной деятельностью на водосборе в нижнем течении Дона. Поэтому требует количественной оценки «пропускная геохимическая способность» устьевой области, которая изменяется в сезонном ходе, в пространственном положении, разная в разных рукавах, в зависимости от интенсивности сгонно-нагонных явлений.
 
Тенденции сокращения твердого стока характерны для многих рек мира (Миссисипи, Инд, Меконг, По и др.). В этой связи исследуемая эстуарная зона может рассматриваться как модельный объект для других экосистем похожего типа. Сделанная в ходе реализации проекта оценка динамики взвешенного вещества (и связанных с ним химических соединений) в устьевой области Дона, а также оценка последствий для геохимических процессов, выявленные механизмы функционирования и установленные закономерности развития могут внести существенный вклад в понимание будущих изменений в похожих прибрежных экосистемах, что особенно актуально для южных морей, наиболее подверженных трансформации вследствие климатических изменений. Перечисленными обстоятельствами определяется научная новизна и значимость данного исследования.
 
Актуальная оценка современных изменений в устьевой области Дона необходима для получения надежных прогнозов дальнейшего развития экосистемных процессов и формирования сценариев хозяйственной деятельности в регионе. Эта задача требует применения математических моделей для понимания происходящих в последние годы перемен. Уровень современного развития информационных технологий и знаний позволяют применять значительно более совершенный модельный инструментарий, чем это было возможно 30 лет назад, а принципиально новые технологии получения информации о морских экосистемах с применением спутников дают возможность наряду с контактными измерениями получать новые данные для калибровки и верификации математических моделей.
 
Ожидаемые результаты
 
В результате выполнения проекта:
 
Будет выполнена оценка твердого и химического стока Дона период 2007-2020 гг., а также сравнение результатов с данными, полученными для предыдущего периода маловодья.
 
 
Будет описана динамика взвешенного вещества в устьевой области Дона при различных расходах воды в ее вершине и сгонно- нагонных колебаниях уровня в Таганрогском заливе на основе математического моделирования. Количественно оценены потоки взвешенного вещества, оседающего в дельте Дона при нагонах разной обеспеченности, будет выполнено сравнение с твердым стоком в период маловодья.
 
Будет выполнено описание роли морских факторов в формирование дельты Дона в период маловодья и климатических изменений в первой четверти XXI века.
 
Впервые будет охарактеризовано влияние гидрологического режима в дельте Дона в период маловодья на накопление соединений тяжелых металлов в затапливаемых почвах на основе математического моделирования и данных наблюдений, проверена гипотеза, что основным механизмом загрязнения почв дельты Дона соединениями тяжелых металлов является их перенос из Таганрогского залива с взвешенным веществом при штормовых нагонах.
 
Будет дана количественная оценка роли устьевой области Дона в качестве фильтра на пути миграции химических соединений в растворенной и взвешенной формах из реки в море.
 
Полученные результаты могут быть использованы в качестве научного обеспечения управления экологическими и экономическими рисками, ведения морехозяйственной деятельности приморскими районами России.
 
Выполнение проекта в полном объеме будет способствовать достижению целей в области устойчивого развития южного макрорегиона; способствовать реализации мероприятий международной программы совместных исследований и технологических инноваций в рамках Десятилетия наук об океане (2021-2030 годы), объявленного ООН.

Промежуточные результаты проекта в 2022 г.

Результаты расчета гидрологического режима в устьевой области Дона в период нагона 30 марта по 3 апреля 2016 г.
Выполнен расчет с максимальным уровнем  нагона 1,4 м и средним расходом воды в ст. Раздорская 413 м3/с для выявления участков русла и поймы дельты Дона, где скорости течений близки к нулевым значениям. Из-за формирования значительных уклонов водной поверхности в период нагона резко возрастает скорость течения воды, во многих рукавах течение изменяется на обратное. Формируются области, где скорость движения воды ослабевает при взаимодействии встречных стокового и нагонного потоков, взвесенесущая способность воды уменьшается и могут формироваться зоны активной седиментации взвеси. При выходе воды на пойму также уменьшаются скорости движения воды, при этом затопленные участки могут находится под водой от 5 до 78 часов. Наибольший интерес на следующих этапах работы представляет совмещение участков с низкими скоростями движения воды с участками, где соленость воды может находится в интервале 3-6 г/л из-за интрузии осолоненных вод из залива. Здесь также возникают условия повышенной седиментации взвешенного материала.
 
    Презентация, скачать *.pptx  (~ 64 Mb)
 Скачать оптимизированный вариант презентации *.pdf  (2,3 Mb)


На английском языке:
 
Influence of long low water period and climate changes (at the turn of the XX-XXI centuries) on the dynamics of suspended matter in the estuary area of the river Don.


Keywords: Estuary area of the river Don, low water period, climate change, river and sea waters interaction, surge phenomena, suspended matter, geochemical processes


Project summary

The project is aimed at obtaining new knowledge about the regularities of the functioning of the estuarine ecosystems of the World Ocean in the face of climate change and anthropogenic impacts, is intended to contribute to the implementation of the activities of United Nations Decade of Ocean Sciences for Sustainable Development (2021-2030).
 
The scientific problem to be solved by the project is the analysis and assessment of the consequences of the observed changes in the hydrological and hydrochemical regimes of the Sea of Azov during one of the longest periods of low water (low runoff of the Don River and increased advection of the Black Sea waters since 2007) and climatic anomalies at the turn of the XX-XXI centuries.
 
An important phenomenon in the evolution of the Sea of Azov is the change in the lateral fluxes of matter into the Sea of Azov, namely: a) a general large decrease in the supply of solid matter, change in the absolute values and the relative contribution of river runoff, coastal abrasion, atmospheric deposition and the supply of matter from the Black Sea; b) changes in the volume of input, forms of migration of dissolved and suspended chemical elements into the sea.
 
The continuing period of low water, an increase in the relative water level and salinity of the Sea of Azov and the Taganrog Bay, and the recurrence of strong surge events suggest an increase in the role of marine factors in the evolution of the river Don delta. Against the background of a strong reduction in the volume of river Don sediment runoff in the second half of the XX-early XXI centuries during surges (especially strong and extreme), a significant amount of suspended matter from the Taganrog Bay can enter the river Don delta.
 
One of the indicators of such changes in the project is the dynamics of suspended matter in the "river-sea" system, which depends on the spatio-temporal position of the zone of interaction between river and sea waters in the estuary area of the river Don, where a strong geochemical transformation of river flow occurs. Basically, this boundary was noted earlier in the Taganrog Bay, at a distance from the sea edge of the delta. In conditions of low water and climate change, the boundary of interaction between river and sea waters is increasingly shifting deeper into the delta. In addition, the chemical river runoff is transformed by higher dams and reservoirs, anthropogenic activity in the catchment area in the lower reaches of the Don. Therefore, it requires a quantitative assessment of the "throughput geochemical capacity" of the estuary area, which changes in the seasonal course, in the spatial position, is different in different branches, depending on the intensity of the surge events.
 
Trends in sediment runoff reduction are typical for many rivers of the world (Mississippi, Indus, Mekong, Po, etc.). In this regard, the studied estuary zone can be considered as a model object for other ecosystems of a similar type. The assessment of the dynamics of suspended matter (and related chemical compounds) in the river Don estuary area made during the implementation of the project, as well as an assessment of the consequences for geochemical processes, the identified mechanisms of functioning and the established patterns of development can make a significant contribution to understanding future changes in similar coastal ecosystems. which is especially important for the southern seas, which are most susceptible to transformation due to climatic changes. The listed circumstances determine the scientific novelty and significance of this Project.
 
An up-to-date assessment of modern changes in the river Don estuary area is necessary to obtain reliable forecasts for the further evolution of ecosystem processes and the formation of scenarios of economic activity in the region. This challenge requires the use of mathematical models to understand the changes taking place in recent years. The level of modern development of information technologies and knowledge makes it possible to use significantly more advanced model tools than was possible 30 years ago, and fundamentally new technologies for obtaining information about marine ecosystems using satellites make it possible, along with contact measurements, to obtain new data for the calibration and verification of mathematical models.
 
As a result of the Project:
 

An assessment of the sediment and chemical runoff of the river Don for the period 2007-2020 will be carried out, as well as a comparison of the results with the data obtained for the previous period of low water.
 
The dynamics of suspended matter in the estuary area of the river Don will be described at different water flow rates at its top and surging level fluctuations in the Taganrog Bay on the basis of mathematical modeling. The fluxes of suspended matter settling in the river Don delta during surges of different availability have been quantified; a comparison will be made with sediment runoff during the low water period.
 
A description of the role of marine factors in the evolution of the river Don delta during dry periods and climatic changes in the first quarter of the 21st century will be carried out.
 
For the first time, the influence of the hydrological regime in the river Don delta during dry periods on the accumulation of heavy metal compounds in flooded soils will be characterized on the basis of mathematical modeling and observational data, the hypothesis will be tested that the main mechanism of contamination of the river Don delta soils with heavy metal compounds is their transfer from the Taganrog Bay with suspended matter during storm surges.
 
A quantitative assessment will be given of the role of the river Don estuary area as a filter on the migration path of chemical compounds in dissolved and suspended forms from the river to the sea.
 
The results obtained can be used as scientific support for the management of environmental and economic risks, for the conduct of marine economic activities in the coastal regions of Russia.
 
Full implementation of the project will contribute to the achievement of the sustainable development goals of the southern macroregion; contribute to the implementation of the activities of the international program for joint research and technological innovation in the framework of United Nations Decade of Ocean Sciences for Sustainable Development (2021-2030).