Статья: Водохозяйственная наука: инструментарий определения исследовательских фронтов (2025)

Эффективность государственного управления водными ресурсами в значительной степени определяют полнота и актуальность информации о водных объектах бассейнов рек. В статье представлена методология сегментации водоемов в бассейнах рек по данным дистанционного зондирования Земли из космоса с применением нейронных сетей и определения с помощью полученных результатов площадей водоемов и объемов потерь на дополнительное испарение с их поверхности в бассейне р. Урал. Методы. Сегментация водоемов на космоснимках с применением сверточных и трансформерных нейросетевых моделей. Результаты. Приведены основные результаты обучения и сравнения эффективности сверточной и трансформерной нейронных сетей, сегментирующих водные объекты. С помощью наиболее эффективной нейронной сети осуществлена сегментация данных дистанционного зондирования Земли для российской части трансграничного бассейна р. Урал. Проведен анализ количества водоемов и их суммарной площади, идентифицированных с помощью трансформерной нейронной сети, а также объемов потерь на дополнительное испарение с их поверхности. Сформирована база данных сведений о водоемах в разрезе бассейновых округов, бассейнов рек, водохозяйственных участков, административно-территориальных единиц, а также сведений о местоположении водоемов и их площадях, слоях осадков и испарения с водной поверхности.

Представлен статистический анализ многолетних данных по уровню содержания соединений молибдена – одного из приоритетных загрязняющих веществ двойного генезиса в воде рек бассейна Терека, обоснована разработка региональных предельно допустимых концентраций (ПДКрег) по его соединениям. Актуальность исследования объясняется тем, что не всегда концентрации химических веществ в воде поверхностных водных объектов, сформировавшиеся под влиянием природных факторов, соответствуют требованиям гигиенических или рыбохозяйственных нормативов. Разработка и принятие региональных ПДК в таких ситуациях имеет большое значение для улучшения эффективности водоохранных мероприятий. Методы. Измерения концентраций растворенных форм соединений молибдена (Mo) проведены с помощью атомно-абсорбционного метода с использованием спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М». Для расчета регионального ПДК применялись методики, основанные на оценках непараметрических статистических показателей, позволяющие эффективно учитывать объем рассматриваемых статистических выборок и их изменчивость. Результаты. Проведен статистический анализ уровня содержания молибдена в реках бассейна Терека – Баксан, Куркужин, Лескен, Малка, Нальчик, Терек, Урвань, Урух, Чегем, Черек, Шалушка – за период 2022–2024 гг. Рассчитанные региональные ПДК для молибдена превышают санитарно-гигиенические и рыбохозяйственные нормативы. Рекомендуется рассчитывать нормативы допустимого сброса для соединений молибдена в водных объектах бассейна р. Терек с учетом разработанных ПДКрег по молибдену.

Актуальность. Рыбное хозяйство Нижнего Дона находится в кризисном состоянии. Основная причина – нарушение процессов естественного воспроизводства рыб, вызванное отсутствием обводнения пойменных нерестилищ вследствие снижения объемов весеннего стока р. Дон. Причиной этого, по мнению многих исследователей, является создание Цимлянского водохранилища, ежегодно изымающего значительную часть весеннего стока, а также отмечаемый в современный период маловодный цикл водности р. Дон. Цель исследования – оценить роль гидротехнического регулирования, а также климатического снижения весеннего стока р. Дон и степень его влияния на воспроизводство рыб АзовоДонского рыбохозяйственного района. Методы. Применен методологический подход, позволивший впервые отдельно оценить влияние Цимлянского гидроузла на воспроизводство рыб на Нижнем Дону, с одной стороны, и климатического снижения весеннего стока – с другой. Основой этого метода является расчет площадей пойменных нерестилищ в районе гидрологического поста Раздорская при рассмотрении гипотетического сценария, предполагающего отсутствие Цимлянского гидроузла. Результаты показали, что влияние климата меньше, чем влияние водохранилища, но сопоставимо с ним. Площади пойменных нерестилищ (в районе исследования) под воздействием водохранилища уменьшаются в 2,9 раза, а под влиянием климатического снижения весеннего стока – в 2,1 раза.

Актуальность работы обусловлена увеличением материального ущерба, связанного с наводнениями при половодьях и дождевых паводках на р. Оби, которые наблюдаются регулярно. Отдельные районы г. Барнаула подвержены затоплениям даже при максимальных уровнях воды, близких к среднемноголетним. Статистический и историко-географический анализ наводнений за период наблюдений дает представление об изменении их повторяемости, генезиса, класса опасности под влиянием климатических изменений. Методы. Комплексный историко-географический и статистический анализ наводнений на р. Оби за период инструментальных наблюдений (1894–2020 гг.): их генезиса, вероятности превышения и силы воздействия. Для анализа тенденций, связанных с влиянием изменений климата, выполнен комплексный статистический анализ максимальных уровней воды (как основной характеристики наводнений). Он включает: анализ однородности гидрологических рядов; расчет ординат и построение кривых обеспеченности в условиях нестационарности; анализ частоты возникновения наводнений разной обеспеченности и генезиса до начала климатических изменений (1976 г.) и в современный период. Результаты. За период с 1894 по 2020 г. наблюдается общее снижение максимальных уровней воды. Тренд статистически значим на уровне 1 %. Это связано с перераспределением стока внутри года в результате климатических изменений: ростом зимнего меженного стока и уменьшением талой составляющей в стоке половодья. Установлено, что с началом климатических изменений частота наводнений снизилась вдвое, а наводнение обеспеченностью ниже 10 % наблюдалось только однажды, в результате дождевого паводка в 2014 г. Более половины наводнений в черте г. Барнаула происходит от снеготаяния в период половодья, однако после 1976 г. доля таких наводнений уменьшилась. В то же время вдвое выросла доля быстроразвивающихся наводнений вследствие дождевых паводков.

На примере Аргазинского водохранилища рассмотрены экологические последствия снижения уровня водохранилища многолетнего регулирования, расположенного на территории горнопромышленного техногенеза. Особенностью водоема является наличие техногенных сульфидсодержащих донных отложений в зоне переменного подпора. Цели исследования – описание процессов, оказывающих влияние на качество воды, и оценка масштабов возможного загрязнения водохранилища в периоды его низких уровней. Методы. Исследование включает анализ данных дистанционного зондирования Земли, гидрологических и гидрографических условий, количественный химический анализ проб воды. Результаты. Установлено, что сработка водохранилища ниже 2,5 м от нормального подпорного уровня приводит к осушению техногенных донных отложений. В зоне осушки протекают процессы гипергенных преобразований сульфидсодержащих отложений, приводящие к выносу загрязняющих веществ в водоем. Основной поток загрязняющих веществ в водохранилище транспортирует сток р. Миасс, в связи с чем расход и содержание поллютантов в реке являются определяющими факторами загрязнения питьевого источника. Наиболее интенсивное поступление меди, цинка, марганца и железа в водоем наблюдается во время ливневых осадков при величине площади осушки техногенных отложений ~ 10 % от площади зеркала водоема. В данных условиях качество воды не соответствует санитарно-гигиеническим нормативам по железу и марганцу, содержание цинка и меди превышает фоновые значения от 2 до 40 раз.

В данной работе предложена методика экспертной оценки опасности горизонтальных деформаций берегов речных русел вблизи населенных пунктов, обусловленных естественными русловыми процессами и не связанных с влиянием каких-либо гидротехнических сооружений. Методы. Методика опирается на постулаты гидроморфологической теории руслового процесса, на усовершенствованную гидроморфологическую классификацию речных русел и типов руслового процесса и на многолетний опыт использования указанной теории. Она позволяет на качественном уровне оценить степень опасности размыва речных берегов на основе установленного по космическим снимкам типа руслового процесса и морфологической принадлежности участка деформаций. Результаты. Методика рассчитана на использование специалистами органов власти субъектов Российской Федерации, принимающих управленческие решения по защите населения от воздействия вод, для своевременного исключения ошибки при принятии этих решений.