ИСТИНА

Бассейн реки Анадырь располагается на северо-востоке страны и достаточно слабо изучен с точки зрения гидрологических характеристик и значительно связанных с ними тенденций развития русловых процессов. Обширное и продолжительное затопление пойменно-руслового комплекса приводит к высоким скоростям аккумуляции наносов, что является фактором изменения условий функционирования руслового комплекса в настоящее время. Бассейн реки является одним из центров расселения на Чукотке, вследствие чего река Анадырь имеет большую транспортно-логистическую функцию. Из-за неизученности реки и больших масштабов ее бассейна завоз ежегодно испытывает значительные трудности, связанные, в том числе, с активными русловыми переформированиями. Населенные пункты на реке практически ежегодно подвержены наводнениям – несмотря на полноценное их прогнозирование силами Чукотского УГМС, особенности формирования максимального стока и затопления территории из-за своей многофакторности и сложности ландшафта до сих пор полноценно не изучались Расположение бассейна в арктической зоне обусловливает наличие комплекса специфических региональных природных факторов, значительно влияющих на сток реки, его характеристики и многолетние тенденции. В последние годы экспедиционные рекогносцировочные исследования в бассейне реки Анадырь позволили выявить существование здесь специфических форм проявления русловых процессов - в первую очередь, крупнейшее на Северо-Востоке параллельно-рукавное пойменное разветвление, и не имеющее аналогов на территории страны большое количество переуглубленных русловых ям (с глубиной до 35 метров в межень). Водный и русловой режим разветвления и генезис переуглубленных форм русла не известен. Основные задачи представленного проекта заключаются, с одной стороны, в обобщении имеющихся данных наблюдений и поиске тенденций современных изменений различных элементов гидрологического режима в условиях наблюдающейся на Чукотке и в целом в Арктике деградации вечной мерзлоты, с другой стороны – в выполнении обширных экспедиционных исследований со сбором натурных данных, многие из которых будут получены впервые. Результаты выполнения проекта могут быть полезны структурам Росгидромета для прогнозирования отдельных характеристик водного режима, смогут служить основой при возникшей в настоящее время необходимости подготовки к восстановлению регулярного судоходства в бассейне реки, а также будут иметь теоретическую значимость, выражающуюся в виде новых региональных зависимостей параметров стока воды и мутности по дистанционным данным.

The Anadyr river basin, which is located in the north-east of the country, is rather poorly studied in terms of hydrological characteristics and the trends in the development of channel processes, which are significantly related to them. Extensive and prolonged flooding of the floodplain-channel complex leads to high rates of sediment accumulation, which is a factor in changing the conditions for the functioning of the channel complex at the present time. The river basin is one of the settlement centers in Chukotka, as a result of which the Anadyr River has a large transport and logistics function. Due to the lack of knowledge of the river and its basin large scale, the cargo transportation annually experiences significant difficulties associated, among other things, with active channel reformations. The settlements on the river are subject to floods almost every year - despite their full forecasting by the Chukotka hydrometeorological service, the features of the formation of the maximum flow and flooding of the territory due to their multifactorial nature and complexity of the landscape have not yet been fully studied The location of the basin in the Arctic zone determines the presence of a complex of specific regional natural factors that significantly affect the river flow, its characteristics and long-term trends. In recent years, expeditionary reconnaissance studies in the Anadyr River basin have made it possible to reveal the existence of specific forms of manifestation of channel processes here - first of all, the largest parallel-branch floodplain branching in the Northeast, and a large number of overdeepened channel pits (with a depth of up to 35 meters in low water). The water and channel regime of branching and the genesis of overdeepened channel forms are not known. The main objectives of the presented project are, on the one hand, to generalize the available observational data and search for trends in modern changes in various elements of the hydrological regime under the conditions of permafrost degradation observed in Chukotka and in the Arctic as a whole, on the other hand, to carry out extensive expeditionary studies with the collection of natural data, many of which will be obtained for the first time. The results of the project implementation may be useful to the structures of Roshydromet for forecasting individual characteristics of the water regime, can serve as a basis for the current need to prepare for the restoration of regular navigation in the river basin, and will also have theoretical significance, expressed in the form of new regional dependences of water flow parameters and turbidity from remote data.

Ожидаемые результаты могут быть разделены на несколько групп, посвященных решению разномасштабных задач. 1. Для бассейна реки Анадырь в целом будут обобщены имеющиеся материалы наблюдений за гидрологическими и метеорологическими характеристиками окружающей среды, что позволит дать оценку современным трендам климатических изменений в бассейне и их влиянию на отдельные характеристики гидрологического цикла, влияющие на развитие русловых процессов и функционирование пойменно-руслового комплекса. На основании собранных данных, а также данных гидрологических и метеорологических реанализов, автоматически рассчитанной на основании ДЗЗ морфометрии отдельных участков русла и натурных данных измерений будет выполнено. восстановления характеристик стока реки Анадырь на разных участках течения с момента окончания детальных наблюдений (середины 1990-х годов). 2. Будет выполнена оценка состояния и функционирования русел на уникальном разветвленном участка, занимающем около 5% площади бассейна и способном аккумулировать значимую долю от объема годового стока, оказывая в течение короткого периода стока значительное влияние на водный режим и судоходные условия. Будут выявлены связи площади затопления участка с расходами воды ниже и выше разветвления, что позволит получить возможность полуавтоматического прогнозирования тенденций прохождения половодья при различных условиях формирования его волны. Аналогичная задача по сопоставлению полевых и дистанционных данных будет решена для твердого и растворенного стока, потоки которых в пределах разветвления имеют различный генезис, а их временная изменчивость является косвенным показателем современного состояния мерзлотных процессов. С помощью бурения аллювиальной пойменной толщи будет выполнена оценка скоростей современной аккумуляции. На основании собранных данных будет выполнена характеристика и прогноз судоходной обстановки на реке с учетом характеристик изменений уровня и тенденций современных русловых процессов, в том числе развития горизонтальных деформаций и движения русловых форм. 3. Будет решена палеогеографическая задача о возникновении глубоких русловых ям, нехарактерных для русел такого типа и практически не имеющих аналогов на территории России. Для этого будет выполнена инвентаризация всех ям и их морфологическое описание на основании современных и архивных спутниковых снимков, а также аэрофотосъемки из архивов Росгеолфонда. Будут проверены выдвинутые предположения об их происхождении - гипотеза озерного перехвата, гипотеза руслового происхождения за счет водоворотных и заторных явлений, гипотеза метановых взрывов (возможных здесь из-за заложения разветвления в толще позднеплейстоценовых озерно-аллювиальных отложений). Для этого планируется выполнить гидрологические и геоморфологические исследования переуглубленных участков различной морфологии и прилегающих к ним участков руслового комплекса (в том числе, установить генезис окружающих ямы прирусловых валов) и произвести оценку условий их возникновений методами гидродинамического моделирования.

Участники имеют значительный опыт исследования закономерностей стока воды, наносов и динамики русловых процессов рек Российской Арктики и Северо-Восточной Сибири, как в формате теоретических исследований, так и в ходе неоднократных экспедиций (в том числе, совместных) на реки Обь, Лена, Колыма, Яна, Индигирка. Участниками и их коллегами наработан большой опыт анализа русловых процессов, детальной оценки стока наносов как с помощью полевых исследований (в части комбинации профилограмм и отбора проб с различных горизонтов воды, а также большого количества полученных региональных зависимостей оптической и весовой мутности), так и с помощью данных дистанционного зондирования (по результатам обработки космических снимков и их калибровке по региональным кривым связи). Основные результаты представлены в работах.

Река Анадырь представляет собой яркий пример крупной реки с раздвоенным руслом, где в узле слияния с крупным правым притоком — рекой Майн — формируются сложные гидрологические и морфологические условия. Этот участок относится к типу узлов слияния рек с раздвоенным руслом, характеризующемуся наличием реверсивных (разнонаправленных) течений в отдельных протоках в зависимости от соотношения уровней и расходов воды на обеих реках. Геоморфологически узел Анадырь–Майн расположен в пределах обширной Марковской впадины — части Парапольско-Бельской низменности. Эта территория представляет собой заболоченную, выровненную поверхность с многочисленными протоками, озёрами и термокарстовыми понижениями, являющуюся днищем бывшей озёрной котловины. Резкое снижение уклонов после выхода рек из горных районов способствовало формированию здесь протяжённого участка раздвоенного русла длиной до 300 км по Анадырю и около 200 км по совокупности протоки Прорвы и нижнему течению Майна. Русло Анадыря начинает разветвляться уже ниже выхода из гор: от главного русла отделяется крупная левобережная протока Щучья, врезанная в озерно-аккумулятивную террасу и забирающая до трети общего стока реки. Основное слияние с Майном происходит через систему проток, наиболее интересной из которых является Прорва. Эта протока начинается на границе полугорного участка реки, где основные русла Анадыря и Майна сближаются на 13 км, и может функционировать как в режиме течения из Майна в Анадырь, так и в обратном направлении — в зависимости от фазы половодья. Разветвлённая система русел в современном виде сформировалась в голоцене в результате постепенного смещения основного русла Анадыря к северу внутри озёрной котловины. Наиболее древнее русло включало современные реки и протоки: Мамолину, Прорву и нижнее течение Майна. Таким образом, современный узел слияния — это результат длительной эволюции русловой сети в условиях выровненного рельефа и активных аккумулятивно-эрозионных процессов. Особенность Анадыро-Майнского узла — сочетание значительной протяжённости проток раздвоенного русла, сложной сети межрусловых проток и выраженной зависимости особенностей течения от фазы половодья. Эти особенности оказывают существенное влияние как на режим стока воды и наносов, так и на судоходные условия, а также на общую морфодинамику русел на участках. В ходе исследований на разветвлённом участке реки Анадырь в пределах Марковской впадины были выявлены, каталогизированы и картированы 223 глубокие русловые ямы, максимальная глубина которых достигает 38 м в межень и до 45 м в половодье. Каждой яме, за редким исключением, соответствует характерная дугообразная выемка в берегу, имеющая форму правильной дуги окружности. Средний радиус таких выемок составляет 97 м на основном русле Анадыря, 65 м на крупной протоке Луковой и 37–50 м на мелких пойменных протоках. При этом максимальные глубины, как правило, смещены относительно центра выемки: на основном русле — в пределы активного потока, на протоках — часто к противоположному берегу. Морфология ям неоднородна: часть из них представляет собой отдельные «блюдцеобразные» врезы с резким свалом глубин на верхнем склоне, другие вписаны в протяжённые плесовые ложбины, что позволяет предположить разный возраст форм — более свежие ямы компактны и глубоки, древние — вытянуты вниз по течению под действием потока. Примечательно, что только менее половины ям приурочены к излучинам, тогда как 43 % расположены на прямолинейных участках, а 20 % — на выпуклых берегах. Именно на таких «аномальных» участках зафиксированы максимальные глубины, что исключает чисто гидравлическое объяснение их происхождения. Анализ рельефа показал, что дно реки вне ям повсеместно покрыто плотной глинистой коркой, под которой залегают легко размываемые песчано-илистые отложения. Ямы отсутствуют на участках с галечным дном, но появляются сразу после появления в разрезе глинистых или торфяных прослоев, что указывает на ключевую роль разрыва плотного поверхностного слоя в инициации формирования ям. Гидродинамические наблюдения подтвердили, что над каждой ямой в половодье формируются устойчивые вихри, охватывающие всю толщу воды, с горизонтальными скоростями до 1,5 м/с и вертикальными — до 0,4 м/с. Эти вихри обеспечивают постоянное перемешивание воды и поддерживают ямы в «чистом» состоянии, препятствуя их занесению наносами. В то же время межсезонные и межгодовые сопоставления промеров показали, что глубины в одних и тех же точках варьируют на 2–5 м, что свидетельствует о циклической динамике: чередовании размыва и аккумуляции в зависимости от водности и фазы режима. Особый интерес представляют две «свежие» ямы, отсутствующие на снимках 1970-х годов и лоцманских картах конца XX века. Их почти идеальная овальная форма, вертикальные стенки и отсутствие следов длительной модификации позволяют допустить импульсный механизм образования, возможно, связанный с тающим жильным льдом, термокарстовым озером или даже газовым выбросом. Хотя концентрации метана в пробах оказались низкими, геоморфологический контекст (наличие органики, низкие абсолютные высоты, следы солоноватых вод) не исключает такой возможности. По результатам дистанционного обзора было выявлено свыше 900 аналогичных выемок на реках криолитозоны России и более 100 — в Северной Америке. Все они приурочены к низменным участкам течения, где в четвертичное время происходила ингрессия моря или существовали подпрудные озера, в результате чего в долинах накопились слоистые мелкодисперсные отложения озерного или лагунного генезиса. Именно такие условия, по-видимому, создают предпосылки для формирования комплекса «яма–выемка». Таким образом, по результата в выполненных работ можно уверенно заключить, что русловые ямы на реке Анадырь и в других регионах криолитозоны возникают в условиях наличия плотных глинистых или торфяных прослоев в донных отложениях, разрыв которых запускает процесс интенсивного выноса подстилающего материала. Их дальнейшая эволюция и долговременная стабильность обусловлены вихревой эрозией, поддерживающей углубления в активном состоянии. Наличие пары «яма–выемка» может служить надёжным дешифровочным признаком для выявления следов древних подпрудных озёр, морских ингрессий и участков с глинистыми горизонтами в русловых отложениях, что открывает перспективы для палеогеографических реконструкций и понимания эволюции речных систем в условиях активных мерзлотных процессов. Анализ продольного распределения мутности по длине р. Анадырь в пределах разветвления показал наличие явной сезонной изменчивости. В период половодья выделяется тренд на снижение значений вниз по течению, в период межени взвешенные частицы распределяются равномерно по длине с наличием небольшого положительного тренда. Пики значений мутности в меженный период приурочены к относительно прямолинейным участкам русла, где оно подходит к коренным террасам и происходит размыв мерзлотных толщ. Среднемесячный сток взвешенных наносов Rн в июле после слияния рек меньше июньского в 3.7 раз и составляет 23 кг/с. Несмотря на значительный половодный сток и лессовидный грунт на пойме, который подвержен легком смыву, установленные значения мутности в половодье не превышают 45 мг/л. Показано наличие большого количества шлейфов мутности, формирующихся как в меженный период у произвольных участках берегов. В ходе полевых обследований показано, что данные шлейфы - точечные и связаны с местной оттайкой берега до менее смерзшихся слоев (возможно, выходами пойменных таликов или надмерзлотных вод), в результате чего возникают локальные кратковременные размывы на отдельных участках берегов. Связи с ямами и выемками распределение этих размывов по длине основной реки не показывает. Именно эти участки являются основной причиной повышения мутности по длине реки и ее значительных колебаний в меженный период, не связанных с водностью. Оценка распределения мутности в половодье в пределах затопленной поверхности по снимкам Sentinel показала значительную неоднородность мутьевых потоков - с одной стороны, происходит перелив мутных вод через бровки русла и их распространение по пойме в виде шлейфов с быстро падающими значениями мутности при удалении от русел проток, что свидетельствует об активной аккумуляции вещества. Дополнительным свидетельством этого процесса являются валы вдоль проток и области наилка, дешифрируемые по снимкам при сходе воды с поймы - это коррелирует с полученными значениями аккумуляции на пойме в нижней части разветвления, где стояние воды наиболее продолжительное, а скорости наименьшие. С другой стороны, результаты бурения и гранулометрический анализ отобранных проб из верхней части описанных скважин показал, что в составе грунта преобладает более крупная взвесь, относящаяся к русловой фракции (то есть, ее источником являются взмывы и продукты размыва берегов из источников, расположенных сравнительно недалеко от места депонирования). Таким образом, основным выводом может являться значительная роль переотложения наносов и вклада источников, находящихся внутри разветвления, что увеличивает суммарный объем накапливаемых в разветвлении наносов и может объяснить разрыв между объемами взвеси, поступающей в пределы разветвления с речными водами, и скоростями пойменной аккумуляции, определенным по цезиевым колонкам. Таким образом, средняя скорость аккумуляции материала на наиболее низких участках пойменного комплекса разветвления может быть принята за 10-30 см за столетие (по консервативной оценке), достигая на отдельных участках 70-100 см. Это показывает значительную изменчивость территории в исторический период и вместе с выполненными датировками аллювия террас дает возможность сделать вывод, что цикл эрозии и выноса материала, сформировавший близкий к современному облик разветвления, сменился аккумулятивной фазой, в результате которой поверхность поймы приняла современный вид - своеобразную низкую террасу с очень глубоко врезанной в нее системой русле и проток, что привело к постепенному уменьшению скоростей горизонтальных деформаций и интенсификации врезания русел в условиях дефицита наносов. Это интенсивное врезание могло послужить дополнительной причиной, приведшей к формированию ям на участке. В ходе гидродинамического моделирования: 1) создана и откалибрована двумерная гидродинамическая модель крупного разветвлённого участка реки в криолитозоне (порядка 5,5 тыс. км²), учитывающая сложную сеть проток и термокарстовую пойму; 2) количественно показано, что модель корректно воспроизводит реальные уровни, глубины, скорости и границы затопления при половодье 2024 г., что обеспечивает её применение для сценарных задач; 3) разработан и практически реализован подход к использованию спутниковой альтиметрии ICESat-2, Sentinel-3 и SWOT для проверки продольного профиля свободной поверхности и высотной привязки речной двумерной модели; 4) для двух контрастных сценариев половодья оценено добегание и трансформация волны через разветвление, показана роль поймы и эффекта «бутылочного горла» в сглаживании и растяжении паводочных пиков и перераспределении стока между Анадырём и Майном; 5) получены первые количественные оценки гидродинамики над переуглублёнными участками: показано, что ямы совпадают с зонами повышенных скоростей и резких изменений направления течения, что согласуется с гипотезой о важной роли сложных течений в их поддержании; 6) Продемонстрирована применимость модели для переноса граничных условий на локальные участки моделирования русловых деформаций. Проведены первичные расчеты. Проведенный на основании архивных данных, собранных в Анадырской ГМО, анализ показал отсутствие уверенных корреляционных связей между характеристиками стока (средними, максимальными за год и отдельные месяцы уровнями и расходами) между постами в бассейне Анадыря и другими постами Чукотки, закрытыми и действующими. Слабая корреляция как с близлежащими постами (в бассейне Малого Анюя), так и внутри бассейна показала невозможность достоверной оценки и восстановления стока в неосвещенный наблюдениями период. В связи с этим для оценки стока был протестировано использование данных глобального гидрологического реанализа GloFAS-ERA5 v4.0 с применением алгоритма квантильного картирования с удалением тренда (Detrended Quantile Mapping, DQM). Результаты кросс-валидации продемонстрировали существенное улучшение качества моделирования после коррекции: медианное значение модифицированного критерия Клинга-Гупты (KGE') по бассейну увеличилось на 17%, а критерия Нэша-Сатклиффа (NSE) — на 8.12%, в среднем по бассейну достигая 0.75 и 0.71, соответственно. Для ряда постов (в частности, № 1508 и 1587) процедура позволила снизить систематическую ошибку (pBIAS) практически на порядок (например, с -16.8% до -0.08% на посту № 1508). Примечательно, что для наиболее изученного створа Анадырь – Снежное (№ 1499) оптимальным оказался простейший вариант линейного масштабирования, что объясняется использованием данных этого поста при глобальной калибровке модели GloFAS (исходный KGE' = 0.86). На основе скорректированных рядов была выполнена реконструкция ежедневного стока за период 1979–2025 гг., выявившая устойчивую тенденцию к увеличению водности в бассейне. Статистически значимые положительные тренды среднегодовых расходов воды (при p < 0.05) зафиксированы на постах № 1504 и 1587, где скорость роста составила до 0.50% в год. Независимая проверка по данным полевых измерений (ADCP), выполненных авторами в 2020–2024 гг., также подтвердила эффективность методики: KGE' скорректированных данных составил 0.78 против 0.68 у исходного реанализа. Структурно-текстурные особенности отложений, вскрытых во всех расчистках вдоль берегового обрыва, схожи – это переслаивающиеся тонкозернистые пески и алевриты темно-голубого цвета с горизонтальной или пологонаклонной в сторону современного течения р. Анадыря слоистостью со следами эрозии передовых слойков. Эти особенности позволяют отнести генезис отложений к аллювиальному. Из этого можно заключить, что три расчистки образуют единый комплекс древних речных отложений. Если принять, что органический материал из прослоев в основании второй расчистки переотложен, то мы можем как минимум установить предельную нижнюю границу формирования данной террасы – не позже 29–30 т.л.н. Сравнение данных изотопного состава жильных структур с таковыми в долине р. Майна показывают, что они достаточны похожи. В разрезе Ледовый обрыв на берегу р. Майна для поздненеоплейстоценовых повторно-жильных структур характерны значения δ18O от -28.8 до -26.8 ‰ (для анадырских льдов значения в крупной жиле варьируют от -27 до -26.8 ‰, что несколько тяжелее). Изотопный состав голоценовых жил на р. Майне изменяется от -20.4 до -20.0 ‰. В анадырском жильном ростке, который диагностирован как голоценовый, изотопный состав легче – -25.6 ‰. Таким образом, мощные ледяные жилы в долине р. Майна и в среднем течение р. Анадыря могли формироваться примерно в одним период в схожих климатических условиях. Накопление торфа продолжалось в течение всего среднего голоцена. Эти даты дают основание полагать, что дренаж термокарстовых озер и накопление торфа происходило с начала среднего голоцена. Термокарстовые озера на поверхности террасы могли активно формироваться в раннем голоцене, исходя из общеклиматических трендов. Полученные на основании этих пионерных данных выводы - что изученная часть берегового обрыва в среднем течение р. Анадырь представлена аллювиальными отложениями, которые могли начать накапливаться не позже 29–30 т.л.н., а зимние температуры, при которых образовывались поздненеоплейстоценове повторно-жильные структуры в среднем течение р. Анадыря схожи с таковыми в долине р. Майна в разрезе Ледовый обрыв - значительно обогащают четвертичную хронологию территории. Дальнейшая обработка собранного материала и возможные будущие работы на обнаруженных ключевых участках позволят более точно восстановить голоценовую историю формирования рельефа Марковской впадины и речной сети Анадыря. На основании собранного материала была дана оценка судоходных условий реки. Река Анадырь, несмотря на включение в 2023 году в Перечень внутренних водных путей Российской Федерации, остаётся крайне слабоизучённой с гидрологической и русловой точек зрения, что создаёт значительные риски для судоходства. Навигация здесь — жизненно важный способ снабжения удалённых поселений Чукотки, однако её эффективность ограничена целым рядом природных и организационных факторов. Ключевыми проблемами являются: 1) Короткий навигационный период (130–150 дней), обусловленный сложной ледовой обстановкой в Анадырском лимане — одном из самых ледовитых районов Берингова моря; 2) Недостаточная гидрометеорологическая обеспеченность: из семи действующих уровенных постов лишь один (в Усть-Белой) расположен непосредственно на судоходном участке, при этом он не репрезентативен из-за влияния притока реки Белой и короткого ряда наблюдений (с 2000 г.); 3) Отсутствие наблюдений за стоком, что затрудняет прогнозирование водности и динамики уровней; 4) Сложная и изменчивая морфология русла, особенно на среднем и верхнем участках, где наблюдаются активные русловые деформации, лимитирующие перекаты и участки с нестабильным фарватером. Особую угрозу представляют два постоянно лимитирующих переката — Камешки и Намывной, расположенные в зоне структурного разлома (185–255 км от устья). На перекате Камешки в 2018 году произошла аварийная посадка танкера, что подчеркнуло необходимость регулярного дноуглубления и мониторинга русловых изменений. В то же время, участок между посёлками Усть-Белая и Крепость характеризуется высокой скоростью аккумуляции — темпы образования и зарастания островов и осередков втрое превышают темпы размыва берегов, что ведёт к постоянному смещению фарватера и снижению предсказуемости судового хода. Критической остаётся ситуация у перевалочной нефтебазы Яры (514 км от устья), расположенной на активно размываемом берегу со скоростью 3–4 м/год. Уже в 2018 году размыв привёл к обрушению цистерны в реку. При текущих темпах разрушения участок под базой будет полностью утрачен в ближайшие 10–15 лет. Рекомендуется срочный перенос нефтебазы на устойчивый берег — например, на старую площадку в районе Тарсуков, расположенную выше по течению. В этих условиях стратегически целесообразным представляется восстановление сети гидрологических постов на ключевых участках (в частности, в районе Крепости и Утёсиков), а также размещение зимней базы флота и топливных ёмкостей ближе к началу судоходного участка — например, в Краснено или Утёсиках. Это позволило бы начинать завоз сразу после вскрытия реки и увеличить «окно» доставки в Марково вдвое. Также дана характеристика уровенного режима протоки Прорвы, использование которой на основании данных по постам может облегчить маломерное судоходство на участке.