Гидрология, морфодинамика и геоэкология эрозионно-русловых систем (ГЗ)НИР

Hydrology, morphodynamics and geoecology of erosion-channel systems

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Гидрология, морфодинамика и геоэкология эрозионно-русловых систем (ГЗ)
Результаты этапа: Проведены лабораторные эксперименты на гидрологических лотках в областях высоких скоростей водных потоков и на их основе дана количественная оценка второй граничной скорости для почв различных генетических типов. Результаты экспериментов указывают на необходимость учета фракционного состава почвы при оценке ее противоэрозионной стойкости. Выполнено обобщение и синтез региональных данных о динамики антропогенных факторов и территориального распределения интенсивности эрозии почв в земледельческой зоне РФ. Выявлены географические закономерности динамики антропогенных и природных факторов в пореформенный (после 1990 г.) период Проведено ранжирование эрозионных моделей, используемых для расчёта перераспределения наносов на малых речных водосборах центра Русской равнины. Дана количественная характеристика темпов перераспределения наносов за различные интервалы времени в верхних звеньях флювиальной сети для различных ландшафтных зон. Получены количественные оценки эрозии почв в новых социально-экономических условиях по речным бассейнам лесной зоны ЕТР. Расчет величины и интенсивности эрозии почв за период интенсивного землепользования в среднем для областей России с преобладанием черноземных и каштановых почв Выявлены связи состояния верхних звеньев эрозионно-русловых систем и динамики эрозионно-аккумулятивных процессов с изменением ландшафтно-климатических условий и деятельностью человека в прошлом, в рамках общей разрабатываемой концепции палеоэрозиоведения. Завершен геоинформационный анализ изменений землепользования, пространственного распространения и интенсивности размывов берегов на ключевых речных бассейнах Среднерусской возвышенности на основе сопряженного анализа разновременных космических снимков и отечественных топографических карт за период с 1960 г. Предложен метод оценки овражной эрозии в криолитозоне на основе статической и динамической моделей овражной эрозии. Составлена карта "Взаимодействие овражно-балочных систем с инфраструктурой населенных пунктов" (бассейны рек Волги, Оки, Дона и Днепра в пределах Российской Федерации) м-б. 1:8000000. Проведены натурные исследования русловых процессов на больших и крупнейших реках России в разных условиях (Оби, Лены и др.), на малых реках криолитозоны и Поволжья в условиях разной освоенности территорий. Разработана система критериев, показателей и гидролого-морфологических зависимостей, классификационные таблицы и схемы рассредоточения стока по рукавам раздвоенного русла и русловых разветвлений основных рукавов в них. Получены гидролого-морфологические зависимости для островов в разветвлениях разных типов верхней Оби, средней и нижней Лены Разработаны научные основы методов прогнозирования русловых деформаций при различных видах техногенных воздействий на реки в условиях глобальных изменений природной среды и климата. Составлена карта опасности и риска русловых процессов и связанной с ней гидроэкологической напряженности на реках России Выполнен анализ трансформации пойменно-руслового комплекса реки в Москвы в условиях продолжающегося хозяйственного освоения с учетом инерционных особенностей русловых и поймоформирующих процессов. Созданы тематические карты, посвященные истории развития, современному состоянию и возможной антропогенной изменчивости пойменно-русловых комплексов реки Москвы. Разработаны методические основы управления русловыми процессами и их реализация на конкретных реках. Описаны примеры практического внедрения современных методов регулирования русел для улучшения судоходных условий на реках, при строительстве гидротехнических сооружений, для предотвращения (минимизации) ущербов от негативного воздействия гидрологических и русловых процессов Проведен палеорусловой анализ пойменно-русловых комплексов рек (верхняя Кама и ее притоки, р. Колва, р. Москва). Созданы палеогеоморфологические карты пойменно-русловых комплексов этих рек, отличающихся по природным и природно-антропогенным условиям и имеющих разную историю развития и освоения. Созданы геоморфологические карты устьевых систем Чукотки и электронная версия Атласа геоморфологии устьевых систем Чукотки.
2 1 января 2022 г.-31 января 2022 г. Гидрология, морфодинамика и геоэкология эрозионно-русловых систем (ГЗ)
Результаты этапа: Проведены экспериментальные исследования по установлению возможной граничной скорости размыва пахотных горизонтов агро-серой почвы и чернозема, а также определению их эродируемости в широком диапазоне скоростей водного потока. Выявлено плавное уменьшение эродируемости с ростом скорости потока, что не позволяет утверждать наличие граничных скоростей. Однако, факт изменения (уменьшения) эродируемости с ростом скорости потока требует тщательного изучения. Анализ статистических данных динамики как площадей пашни, так и посевных площадей выявил зональность этого процесса. Расчеты современных интенсивности и массы смываемого с пахотных склонов почвенного субстрата для пашен нескольких ключевых административных областей и сопоставление их со значениями 2012 г. свидетельствуют о положительном тренде смываемой массы в последнее десятилетие. Пространственные распределения слоя смыва почв за период интенсивного землепользования (18-20 века) в бассейне р. Дона, полученное с помощью моделирования эрозии почв и с помощью почвенно-морфологического метода, качественно хорошо соответствуют друг другу. Совместный анализ количественных оценок темпов эрозии почв на пашне, аккумуляции наносов в суходольной сети и на поймах малых рек, а также стока наносов рек и изменений площади пашни, набора сельскохозяйственной техники и севооборотов позволяет выделить 4 периода внутри антропоцена, с различными трендами эрозионно-аккумулятивных процессов для равнинной части ЕТР. Расчет потенциала овражной эрозии при нарушенной растительности для бассейнов рек Се-Яха и Надуй-Яха проведен с помощью экспресс метода GER. Результаты расчета показывают, что овражный потенциал территории предельно высок. Для бассейнов рек Волги, Оки, Дона и Днепра (в пределах Российской Федерации) составлена карта влияния овражной эрозии и русловых процессов на инфраструктуру населенных пунктов. Выполнен очередной цикл наблюдений и измерений на стационарах на малых реках Нижегородского Приволжья – Кудьме, Озерке и их притоках. Продолжено изучение современного состояния русел и пойм рек Шерна, Таруса, Керженец, их морфологии и динамики; по результатам полевых исследований проведена корректировка прогнозов русловых деформаций. В рамках проведенных экспедиционных исследований на судоходных реках Лене, Оби, Иртыше, Яне был собран большой объем материала о современной морфологии, гидрологических и гидравлических условиях. Выполнено для этих рек научное обоснование методов управления русловыми процессами с целью обеспечения условий устойчивого развития водохозяйственного и воднотранспортного комплексов. Разработаны основные принципиальные схемы управления русловыми процессами на реках с разветвленным руслом средней Лены, средней и верхней Оби, Амура, Иртыща. Систематизированы материалы многолетних исследований русла верхней Оки на участке 400 км от Калуги до Рязани, который является наиболее подверженным механическим и другим нарушениям русла реки. Выявлены периоды по интенсивности нарушений и реакции на них русла. Исследование рассредоточения стока в разветвлениях разного типа и оценка его влияния на развитие рукавов и проток позволило выявить общие его закономерности в разветвлениях разных структурных уровней и разного морфодинамического типа. Выполнен региональный анализ меандрирования на реках с разным морфодинамическим типом русел. Составлена мелкомасштабная карта распространения на реках России процессов меандрирования рукавов разветвленных русел и развития разветвлений на излучинах русел. Обработаны палеогеоморфологические исследования пойменно-русловых комплексов верхнего течения Камы. Выделены 7 разновозрастных генераций поймы и две генерации поймо-террас. Создан электронный банк топографических карт и космических снимков на устья крупных рек Мира; составлены по унифицированной легенде геоморфологические карты устьевых систем рек Дона, Кубани, Волги, Терека, Дуная, Днестра и Днепра; разработано содержание Атласа-монографии «Дельты крупных рек Мира».
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Гидрология, морфодинамика и геоэкология эрозионно-русловых систем
Результаты этапа: План работы на 2023 г. выполнен в полном объеме. Получены оценки интенсивности смыва и эродируемости пахотных горизонтов агросерой и агродерново-подзолистой почв в широком диапазоне скоростей водного потока. Выполнены и обобщены результаты исследований по оценке перераспределения наносов на малых водосборах, расположенных в различных частях Среднерусской возвышенности. Верификация расчётов перераспределения наносов в суходольной сети на основе использования расчётов по моделям WaTEM/SeDEM и RUSLE в сочетании с использованием коэффициента доставки наносов, оценённого с помощью индекса связности потоков наносов указывает на то, что в среднем для водосборов малых рек полученные значения поступления наносов с площади речных водосборов в постоянные водотоки достаточно адекватны. Получение количественных оценок перераспределения наносов в пределах верхних звеньев флювиальной сети являются важной фундаментальной и прикладкой задачей, так как её решение позволяет понять соотношение эрозионных и аккумулятивных процессов по пути транспортировки наносов со склонов в постоянные водотоки для различных агроландшафтных условий, что в итоге позволит более обоснованно разрабатывать комплексы почво- и водозащитных мероприятий. Впервые на обширном эмпирическом материале была показана роль распространения вечной мерзлоты в эволюции крупных аллювиальных рек. Проведены тестовые исследования водной эрозии на малых водосборах Ямала, расположенных в зоне прерывистой вечной мерзлоты. В пределах модельных водосборов инсталлированы автономные мультипараметрические регистраторы температуры и уровня воды, а также станция контроля мутности, предназначенные для высокочастотного мониторинга в течении продолжительного времени гидрологических характеристик на реках криолитозоны. Подготовлен массив входных данных для апробации водно-эрозионной модели. Предложен набор моделей расчета овражного потенциала для выбора оптимального пути оценки безопасности территории в пределах криолитозоны для возможного использования. Исследование взаимодействия овражно-балочной сети с городской инфраструктурой в ряде малых городов Московской области и прилегающих территорий соседних областей показало, что ряд древних, но относительно небольших и несколько "застывших в прошлом" в своем развитии городов до сих пор сохраняет подчиненный и соподчиненный типы взаимодействия. Разработана структура базы геоданных и начато ее наполнение для количественной оценки скоростей эрозионно-аккумулятивных процессов в пределах ключевых речных бассейнов степной и лесостепной зон Западной Сибири. Разработана авторская методика полуавтоматического дешифрирования темпов размыва берегов крупных рек. Используются глобальные базы данных GSWE, GRWL, HydroATLAS, а также цифровая модель рельефа ArcticDEM. Значения высотных превышений берега над руслом снимаются с ЦМР для каждого участка размыва индивидуально с помощью авторского кода на языке R. Проведена адаптация методики для крупнейших рек Северной Евразии. Завершен цикл натурных исследований природных и природно-техногенных комплексов поймы р. Москвы на участке от Можайского водохранилища до устья, в рамках которых выполнено описание урочищ и бурение отложений поймы с определением возраста слоёв; составлена ландшафтная крупномасштабная (1:25000) карта (за исключением участка, расположенного в черте г. Москвы, работа над которым ещё продолжается). В рамках изучения русловых переформирований на пограничных участках Амура установлены современные тренды развития русловых форм, сопряженно оказывающих влияние на процессы в пределах проблемных участков. Описаны механизмы влияния антропогенных факторов на темпы и направленность русловых процессов. На основе комплексного руслового анализа разработан прогноз развития русла р. Амура на кратко-, средне- и долгосрочную перспективу, что позволило оценить формы негативного воздействия берегоукрепительных работ на правом китайском берегу реки на российскую приречную инфраструктуру и определить вероятность образования геополитической напряженности на данных спорных участках. Предложены варианты гидротехнических мероприятий, направленных на стабилизацию русла р. Амур в пределах рассматриваемых участков, отправленные на рассмотрение Амурскому бассейновому управлению Федерального агентства Водных ресурсов РФ и Совместной российско-китайской комиссии по рациональному использованию и охране трансграничных вод. В рамках разработки новых научных подходов по практическому внедрению опыта управления русловыми процессами для решения разноплановых воднотранспортных задач проведены обобщения полевых материалов для целого ряда судоходных рек Волжского и Обь-Иртышского бассейнов. Продолжен анализ пойменного рельефа и отложений поймы реки Москвы в нижнем течении. На основе проведенного бурения поймы реки Москвы на участке от г. Жуковского до г. Воскресенска, где были вскрыты проблемы формирования русла в позднем голоцене, когда на этом этапе излучины реки оказывались в два раза меньше современных. В результате анализа пойменного рельефа реки Вишеры на ее предгорном участке от г. Красновишерска до устья р. Колвы составлен макет геоморфологической карты поймы на этом участке. Предложен новый метод геоморфологического картирования сложных по рельефу участков поймы, основанный на группировке множества разновозрастных пойменных генераций в пойменные катены, объединенные близким периодом образования; внутри катен предлагается проводить более детальный анализ расположения пойменных генераций, чтобы затем объединить их в различных соседних катенах. Выполнена оценка величин максимальной водоотдачи на Западно-Сибирской низменности 16-19 тыс. лет назад на основе морфологии больших палеорек на примере бассейна р. Оби, среднегодовой речной сток которого составлял 16-19 тысяч лет назад около 1000 км3, т.е. втрое больше современного. Это существенный объем пресной воды, который поступал в Северный Ледовитый океан и, вместе со стоком других сибирских рек, определял здесь режим солености и морских течений. Составлены геоморфологические карты и научные описания истории формирования устьевых систем 21 крупных рек России и зарубежья (рр. Сев. Двина, Печора, Обь, Енисей, Оленек, Лена, Пясина, Хатанга, Яна, Индигирка, Колыма, Анадырь, Колвилл, Маккензи, Дон, Кубань, Волга, Терек, Дунай, Днестр, Днепр). Выполнена оценка реакции устьевых систем на глобальные изменения окружающей среды, в частности на современное повышение уровня Мирового океана.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Гидрология, морфодинамика и геоэкология эрозионно-русловых систем
Результаты этапа: План работы на 2024 г. выполнен в полном объеме. Обобщены данных по выявленным трендам изменений темпов эрозионно-аккумулятивных процессов в пределах равнин умеренного пояса, происходящих на фоне изменений климата и деятельности человека (регулирование поверхностного стока и смыва с использованием почвозащитных мероприятий). Выявлены роли напашей в общей схеме перераспределения наносов на водосборе в зависимости от их выраженности в рельефе, локализации, планового положения относительно основных направлений перемещения наносов, уклонов подстилающей поверхности и времени формирования. Разработана методология проведения повторных балансовых исследований формирования стока бассейновой составляющей стока наносов равнинных рек с высокой антропогенной нагрузкой на примере Среднерусской возвышенности. Проведена оценка скоростей смещений поверхности на ряде участков в горных районах Северной Евразии на основе анализа радарных изображений Sentinel-1 методами DInSAR и SBAS. Проведена геоморфологическая интерпретация получаемых величин скоростей. Сформирована база данных результатов собственных полевых наблюдений в районе п. Тикси, на ключевых участках в районе дельты Лены и в бассейне р. Шестаковки в Центральной Якутии, включая: а) данные повторных наблюдений за изменением мощности слоя сезонного оттаивания; б) материалы наблюдений за режимом стока воды, наносов и ледовом режиме на малых водотоках криолитозоны; В) систематизация данных по динамике малых эрозионных форм в районе п. Тикси и на ключевых участках в районе дельты Лены. Изучены процессы, влияющие на заиление водохранилищ Восточного Кавказа в условиях увеличения пастбищной нагрузки и численности населения с учётом изменения климата, на основе изучения литературы и спутниковых снимков. Сформирована база данных на основе опубликованной информацией по рассматриваемому региону. Произведен сбор данных полевых и лабораторных исследований по оценке коэффициента фильтрации (Кsat) почв на территории РФ (и бывших республик СССР), созданы базы данных и карты изменений данного параметра на территории РФ. Составлены карты соподчинения населенных пунктов и овражно-балочных систем в масштабе 1:200000. Продолжились работы по мониторингу темпов овражной эрозии, размывов берегов малых рек и аккумуляции в днищах балок и на поймах малых рек в бассейнах рек южного мегасклона ЕТР. Продолжены многолетние (с 2014 года) полустационарные работы, направленные на определение вклада эрозионных процессов и стока наносов малых рек в баланс наносов в береговой зоне подверженных активным изменениям участков побережья Балтики в пределах Калининградской области. Разработка общей теоретической схемы геоэкологии водосборных бассейнов может помочь в определении места в ней социально-экономических подходов. Была разработаны квалификационные признаки и категории, на основе которых были выделены следующие типы формирующих разветвления островов. Предложенная классификация была применена при создании базы данных русловых разветвлений на целом ряде рек и речных бассейнов РФ: Лена, Иртыш, бассейн реки Северной Двины. Планируется дальнейшее внедрение предложенной классификации на средних и больших реках РФ. Был завершен цикл русловых исследований, направленный на создание информационной базы данных по расчету количественных характеристик устойчивости речных русел. Для рек Урал, Печора, Северная Двина, Вятка, нижнее течение Волги, Иртыш впервые были обобщены материалы по размывам берегов в пределах отдельных русловых форм. Собранная информация была представлена в виде информационной базы данных с географическими привязками. Продолжено изучения многолетних трендов изменчивости морфологии и динамики пойменно-русловых комплексов рек РФ в условиях продолжительного антропогенного воздействия, связанного с разработкой русловых карьеров. Были обобщены и проанализированы объемы безвозвратного извлечения руслового аллювия из речных русел на целом ряде русловых участков, в наибольшей степени подвергавшихся такому виду антропогенного воздействия. Одновременно был выполнен анализ временной изменчивости гидрологических характеристик на подверженных карьерным разработкам русловых участках – в первую очередь меженных характеристик уровня воды. Были получены зависимости темпов развития «посадки уровней» от изменения объемов добычи НСМ, которые очень разнообразны и определяются в первую очередь размером (водоносностью реки), уклонами дна долины и крупностью (степенью дифференцированности) донных отложений, объемами добычи НСМ и продолжительностью данного вида антропогенной нагрузки. Были обобщены многолетние исследования преобразования гидрологического режима поймы после строительства противопаводкового защитного периметра вокруг города Якутска. Было выполнено обобщение материалов о современной морфодинамике русла Терека на устьевом участке (Каргалинский Прорыв) в условиях изменчивости уровня Каспийского моря. Был завершен цикл работ по изучению динамики речных русел рек бассейна Урала в пределах пограничных участков. Общая протяженность речной российско-казахстанской границы по рекам Урал и Илек составляет около 400 километров. В части сбора натурных (экспедиционных) данных в 2024 г. была восстановлена реперная сеть в горной и полугорной частях долины реки Баксан (заложено и обновлено 20 реперов) на 120-километровом отрезке от устья р. Адылсу (п. Эльбрус) до устья Баксана. Были продолжены наблюдения за динамикой русла в горной части долины Баксан. Проведено натурное изучение современного состояния русел и пойм рек южной полосы лесной зоны Европейской России (рек Шерна, Таруса, Керженец, Большая Кокшага), – их морфологии и динамики. Был выполнен палеорусловой анализ развития русел больших и малых рек и их пойм в 2024 г исследовались на примере нижнего течения р.Москвы. Подготовлена сводка региональных моделей определения мутности воды по связи с данными о спектральных свойствах спутниковых снимков. Выполнены разработки методик определения мутности воды косвенными методами. Проведена верификация региональной модели определения мутности воды по спутниковым снимкам для дельты реки Лена. Другим методическим направление исследований стало развитие акустических методов определения мутности воды. Проведено тестирование сходимости измерений расходов воды АДПТ RiverSurveyor M9, River Ray, RDI Teledyne RioGrande и CHCNAV RCP. Подготовлены методические рекомендации по проведению натурных измерений мутности воды с применением акустических профилографов. Применительно к определению русловой составляющей стока наносов и размывов берегов, исследовались разные методы определения размыва берегов. В процессе обработки снимков разработаны алгоритмы для получения количественных характеристик размыва берегов как в линейном, так и в площадном виде, что позволяет анализировать скорость и протяженность размывов, а также изменяющийся объем наносов в реках. Произведены впервые на обширном статистическом материале оценки пространственных закономерностей распределения размывов берегов. Выявлены пространственные предикторы, влияющие на формирование изменчивости размыва берегов. На основе созданных массивов информации проведен ряд региональных оценок размывов берегов. По рекам бассейнов р. Кубани и черноморского побережья Кавказа проведены ежегодные мониторинговые наблюдения за деформациями полугорных участков русел рек. Проведён анализ деформаций форм руслового рельефа при интенсивных горизонтальных деформациях. Разработаны методы многомерной статистики эмпирических уравнений связи параметров горизонтальных русловых переформирований от характеристик русла и долины. Проведена оценка пространственных масштабов воздействия горнодобывающей деятельности и добычи песчанно-гравийной смеси. Исследованы особенности переформирования донного рельефа руслового карьера в зимний период. Закончен этап исследования продольных судовых гряд, формирующихся на мелководных участках рек и в судоходных каналах при наличии активного крупнотоннажного судоходства. Выполнено исследование влияния горнодобывающей деятельности для бассейнов рек Дальнего Востока. Была разработана концептуальная схема методики расчета выноса твердого вещества с водосборных бассейнов (бассейновой эрозии) на основании мультимодельного подхода. Была создана база данных (в виде электронной таблицы в MS Excel) о морфометрии и гидрологии современных русел и морфологии палеорусел для бассейнов Волги, Дона, Днепра и Оби. Были выполнены работы по оценке интенсивности смыва различных фракций из пахотных горизонтов агросерой почвы и агрочернозема в широком диапазоне скоростей водного потока. Разработанная методика прогноза русловых деформаций на основе математического моделирования с учетом климатических изменений базируется на методах гидродинамического моделирования с учетом русловых деформаций.
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Гидрология, морфодинамика и геоэкология эрозионно-русловых систем.
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Otchet_GZ_NILEPiRP_2021_tekst.pdf Otchet_GZ_NILEPiRP_2021_tekst.pdf 499,4 КБ 20 декабря 2021 [ZlotinaLV]
2. Отчет_НИЛЭПиРП_2024.pdf Отчет_НИЛЭПиРП_2024.pdf 2,2 МБ 13 декабря 2024 [Golosov]
3. OTChET_GZ_2023.pdf OTChET_GZ_2023.pdf 2,5 МБ 11 декабря 2023 [Golosov]