| 1 |
9 апреля 2013 г.-31 декабря 2013 г. |
Исследование современных особенностей формирования весеннего половодья на реках Европейской территории России и Западной Сибири в условиях нестационарного климата и антропогенного воздействия |
| Результаты этапа: На основе анализа гидрометеорологической информации за 1935-2010 гг. приведены оценки изменения характеристик весеннего половодья на реках европейской части России и факторов, его определяющих. Проявление влияния современных климатических изменений на сток весеннего половодья крупнейших рек ЕТР носит различный как по направленности, так и по степени выраженности характер. Для северных рек свойственно относительное постоянство характеристик весеннего половодья, несмотря на рост суммы зимних осадков и увеличение числа оттепелей. В бассейне Волги изменения носят разнонаправленный характер и проявляются в снижении максимальных расходов воды рек бассейна Оки и Нижней Волги на 20–70% и их увеличении для бассейна Камы, Унжи. Изменение характера весеннего половодья сказалось на его доле в годовом стоке. В последние десятилетия она уменьшилась примерно на 10%. Происходящие в настоящий момент климатические изменения приводят к существенной деградации половодья рек бассейна Дона как фазы водного режима в целом. Сокращение максимальных расходов при этом носит здесь повсеместный характер и достигает 40-60%. Для всего бассейна Дона уверенно можно говорить о сокращении слоя стока половодья на 10–30%.
Значительное внимание было уделено изменению характеристик ледового режима. Исследовано распределение в пространстве (по территории России) и во времени (в течение ХХ и начале XXI в.) аномалий дат появления плавучего льда и начала весеннего ледохода. Выполнен анализ временной изменчивости сроков появления плавучего льда и вскрытия рек за период наблюдений (1900-2010 гг.), а также за последнее 30-летие, в течение которого наблюдалось заметное потепление климата для всех основных гидрологических районов ЕТР и Западной Сибири. Детальное исследование проведено для бассейна Северной Двины. Особое внимание уделено анализу опасных ледовых явлений, характерных для современных климатических условий. Анализ опасных ледовых явлений, в том числе и процессов формирования заторов льда проводился и для бассейна р. Томь. Показано, что формирование заторов в районе г. Томска, выше и ниже него по течению во многом связано с особенностями морфологии русла и существенной его трансформации в результате интенсивной хозяйственной деятельности.
Получены результаты пространственно-временного анализа доступных микроволновых данных и моделей и оценка их применимости для европейской территории России. Расхождение между фактическими данными снегосъемок и максимальными снегозапасами микроволновой съемки для бассейнов рек Дон и Ока за 2003-2010 гг. составляет примерно 33-35%, что на десять процентов превышает заявленную разработчиками ошибку, для реки Северная Двины - 53%. Однако после обработки данных, полученных для зимы 2010 г., можно сделать вывод, что использование более точных маршрутных данных, дополненных значениями запасов воды в снежном покрове за каждые пять дней для некоторых постов, позволяет уменьшить значения ошибки для максимальных снегозапасов. Результаты исследований для бассейна Оки и Дона показывают возможность приведения восстановленных данных к фактическим после дополнительной обработки и учета основных факторов, вносящих ошибки
Разработана методика расчета площади затапливаемых территорий при колебаниях уровней и расходов воды на верхней границе расчетных участков рек на основе учета закономерностей руслового добегания вод и дешифрирования космических снимков. Составлены рекомендации по использованию гидравлических моделей затопления речных пойм. Определены возможности гидродинамического моделирования неустановившегося движения воды в речной системе при использовании разных по составу и детальности исходных данных о морфометрических характеристиках русла и поймы.
Разработаны подходы к оценке риска опасных гидрологических явлений, сравнения регионов страны, речных бассейнов и их районов по составу и характеристикам опасных гидрологических явлений, которые могут быть использованы для планирования современного и будущего водопользования. |
| 2 |
1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. |
Исследование современных особенностей формирования весеннего половодья на реках Европейской территории России и Западной Сибири в условиях нестационарного климата и антропогенного воздействия |
| Результаты этапа: В ходе выполнения проекта в 2014 г. получены новые сведения о современном механизме формирования стока рек бассейна Волги в период весеннего половодья [Frolova et al., 2014; Фролова и др., 2013, 2014]. Практически для всей территории бассейна (кроме крайнего северо-востока) за последние 30 лет отмечено снижение объема стока за весеннее половодье и уменьшение его доли в годовом стоке - от 5-10% на севере и до 20% и более на юге и западе. Для рек бассейна Оки и Нижней Волги отмечается сдвиг сроков начала весеннего половодья в сторону более ранних дат на 5-10 дней, соответственно увеличивается продолжительность половодья, уменьшаются максимальные расходы воды. Показано, что изменение характера весеннего половодья тесно связано с другими фазами водного режима [Фролова и др., 2013; Джамалов и др., 2014]. На основе полученных данных за период 1946–2010 гг. по 207 постам показаны изменения в характере естественной зарегулированности стока рек. Изучены причины изменения характеристик весеннего половодья на основе данных о снежном покрове, метеорологических условиях, глубине промерзания и температуре почвы.
При изучении современного характера весеннего половодья в бассейне Волги особое место отводилось ледовым явлениям. Отмечено увеличение повторяемости экстремально раннего окончания ледостава. Изменение сроков вскрытия рек составляет в среднем около 5 дней, несколько больше на юго-западе территории и несколько меньше на северо-востоке. Выявлено увеличение продолжительности ледохода в случаях аномально раннего вскрытия рек [Агафонова и др., 2014а, 2014б; Китаев, 2014].
Для построения карт характеристик ледового режима рек ЕТР, отражающих степень опасности для различных отраслей хозяйства, использованы данные о толщине льда перед вскрытием, повторяемости выхода воды на пойму, вероятности затопления поймы в период образования затора, глубине затопления поймы при максимальном заторном уровне воды приблизительно по 200 гидрометрическим постам с периодом наблюдений 1970-2007 гг. [Фролова и др., 2014].
Изучены особенности гидродинамического моделирования затопления пойм в период весеннего половодья с учетом различных типов русла, характера пойм, особенностей хозяйственной деятельности. Проведена оценка чувствительности моделей к составу и детальности исходных данных о морфометрических характеристиках русла и поймы [Калугин, Крыленко, 2014].
На примере наводнений и ледовых явлений рассмотрены современные подходы и возможности оценки влияния опасных гидрологических явлений на безопасность населения и объекты экономики в пределах освоенных участков рек (участок рек Сухоны и Малой Северной Двины от г. Великий Устюг до г. Котласа) [Фролова и др., 2014а; 2014 б].
Продолжены исследования особенностей формирования стока рек горно-ледниковых бассейнов. На основе собственных полевых исследований и теоретических разработок изучена структура питания высокогорных рек с большой долей оледенения.
Оценена возможность применения методов дистанционного зондирования Земли для изучения снежного покрова [Телегина, Фролова и др., 2014]. В работе оценивается точность восстановленных по данным SSM/I – DMSP значений снегозапасов (модель Чанга) для обоснования возможности использования спутниковой информации в исследованиях водного баланса крупных водосборов Восточно-Европейской равнины. Оценена зависимость погрешностей как от приземной температуры воздуха, так и от характера растительности.
С использованием модели ECOMAG выполнены расчеты притока воды к Москворецким водохранилищам в период весеннего половодья. Успешное моделирование стока малых рек (площади водосборов менее 1000 км2) достигнуто при условии использования подробной съемки рельефа (с разрешением 50 м) и более детальных карт почв и растительности (масштаба 1: 500 000 и 1: 200 000).
Результаты исследований 2014 г. опубликованы в 20 работах (из них 12 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и 2 статьи в изданиях, включенных в систему цитирования Web of Scien |
| 3 |
1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. |
Исследование современных особенностей формирования весеннего половодья на реках Европейской территории России и Западной Сибири в условиях нестационарного климата и антропогенного воздействия |
| Результаты этапа: В ходе выполнения проекта в 2013-2015 гг. получены новые сведения о современном механизме формирования стока рек ЕТР в период весеннего половодья. Показано, что изменение характера весеннего половодья тесно связано с другими фазами водного режима (Фролова и др., 2013; 2015; Джамалов и др., 2014). С помощью авторской оригинальной программы предложена параметризация наблюдаемых изменений на основе генетического расчленения суточного гидрографа реки на основе методики Б. И. Куделина. На основе полученных данных за период 1946–2010 гг. по 207 постам показаны изменения в характере естественной зарегулированности стока рек. Изучены причины изменения характеристик весеннего половодья на основе данных о снежном покрове, метеорологических условиях, глубине промерзания и температуре почвы. Показано, что средняя по ЕТР величина снегозапасов продолжает оставаться практически стабильной на фоне слабых изменений зимних осадков и повышения приземной температуры воздуха. Значимое увеличение снегозапасов выявлено в бассейнах рек Кама и Урал, значимое уменьшение – в бассейнах Дона и Средней Волги. Получены результаты пространственно-временного анализа доступных микроволновых данных и моделей и оценена их применимость для речных бассейнов ЕТР. На основе современной гидрометеорологической информации для рек ЕТР построены карты характеристик весеннего половодья и ледового режима и их изменений за последние 30 лет. Получены новые данные об особенностях формирования стока рек горно-ледниковых бассейнов. На основе собственных полевых исследований и теоретических разработок изучена структура питания высокогорных рек с большой долей оледенения. Показана возможность использования изотопных методов для изучения генезиса компонент стока ледниковой реки. Для бассейна Северной Двины, Онеги, Мезени и Печоры разработана методика долгосрочных прогнозов объема весеннего стока рек на основе представления полей естественными ортогональными составляющими. Возможность прогноза стока с неизученных и слабоизученных водосборов указывает на его преимущество по сравнению с традиционным бассейновым подходом и перспективы применения в оперативной практике прогнозирования в подразделениях Росгидромета. Разработанный также ансамблевый метод прогноза на основе модели ECOMAG для Северной Двины позволяет наиболее полно осветить возможные сценарии развития весеннего половодья в условиях неопределенности предстоящей весны. На примере наводнений и ледовых явлений рассмотрены современные подходы и возможности оценки влияния опасных гидрологических явлений на безопасность населения и объекты экономики в пределах освоенных участков рек (реки Сухона и Северная Двина, Томь). Изучены особенности моделирования затопления пойм в период весеннего половодья с учетом различных типов русла, характера пойм, особенностей хозяйственной деятельности. Проведена оценка чувствительности моделей к составу и детальности исходных данных о морфометрических характеристиках русла и поймы. Детально исследована продолжительность и повторяемость затопления пойм для рек ЕТР и в особенности севера европейской части и бассейна Волги. Разработаны подходы к оценке риска опасных гидрологических явлений, сравнения регионов страны, речных бассейнов и их районов по составу и характеристикам опасных гидрологических явлений, которые могут быть использованы для планирования современного и будущего водопользования. |
