В условиях глобального потепления климата оценка изменения гидрологического режима водохранилищ Волжско-Камского каскада, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, рыбного хозяйства и рекреации, весьма актуальна. В качестве объекта исследования выбрано самое крупное в каскаде Куйбышевское водохранилище с сезонным регулированием водного стока Волги. Основная цель – количественная оценка межгодовых и сезонных изменений уровня воды водохранилища за период 1958–2024 гг. Методы. Для исследования создана база данных инструментальных наблюдений за уровнем воды водохранилища и расходом воды в створе Жигулевского гидроузла, через который проходит 97 % водного стока р. Волги. При обработке исходного материала использованы методы статистического анализа временных рядов, включающие регрессионный и корреляционный анализы. Достоверность оценок определялась с помощью критерия Фишера. Результаты. Установлена устойчивая тенденция повышения среднего уровня воды Куйбышевского водохранилища за счет увеличения уровня воды в зимнюю межень и весеннее половодье. В соответствии с линейным трендом среднегодовой уровень воды за 67-летний период повысился на 0,93 м при темпе 0,14 м/10 лет. Между уровнем воды в водохранилище и расходом воды р. Волги установлена связь с коэффициентом корреляции 0,55. Изменение уровня воды по гидрологическим сезонам крайне неравномерно. Повышение уровня воды за 67-летний период также происходило неравномерно. Основным фактором повышения уровня воды является смена режима сезонного регулирования водного стока Волги в створе Жигулевского гидроузла. В результате амплитуда сезонных колебаний уровня воды уменьшилась в два раза с 4,6 м до 2,3 м за счет его значительного повышения в зимнюю межень и весеннее половодье. Столь существенные изменения уровня воды в период зимней межени и в начале весеннего половодья привели к изменению морфометрических характеристик Куйбышевского водохранилища. Наибольшее увеличение площади и объема водохранилища наблюдалось в марте и составило 26 % и 32 % соответственно.
Исследование посвящено разработке научно обоснованных подходов к трансграничному распределению стока в бассейне р. Урал с учетом экосистемных потребностей и международного опыта по сохранению водных экосистем. В условиях усиливающейся конкуренции за водные ресурсы и климатических изменений все более актуален переход от распределения фиксированных объемов воды к гибким и экосистемно ориентированным решениям. На основе анализа международной практики, положений действующего соглашения о совместном использовании и охране водных объектов в бассейне р. Урал и оценки состояния его водных экосистем показана необходимость пересмотра устоявшихся механизмов распределения водных ресурсов. Методы. Работа основана на анализе международной практики по распределению трансграничного стока, статистической обработке восстановленных рядов гидрологических наблюдений, комплексной оценке состояния водных экосистем с использованием абиотических и биотических индикаторов, а также применении методов критических гидрологических условий и эколого-гидрологического нормирования для расчета экологического стока. Результаты. Предложен подход к обоснованию экологического стока как ключевого элемента в системе распределения трансграничных водных ресурсов. На основе оценки состояния экосистем бассейна р. Урал сформулированы цели реализации экологического стока, включающие резервирование части стока для поддержания и восстановления экосистем, адаптацию к климатическим изменениям и сохранение биоразнообразия. Определены оценочные объемы экологического стока вблизи границы России и Казахстана, которые могут служить основой при планировании совместных решений по распределению водных ресурсов с учетом экосистемных потребностей. Результаты могут быть использованы в работе межправительственных комиссий и экспертных групп при уточнении механизмов трансграничного вододеления.
Надежность гидрологических прогнозов существенно влияет на решение задач повышения устойчивости функционирования системы технического и питьевого водоснабжения. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности прогнозирования стока воды, что имеет ключевое значение для управления водными ресурсами, гидроэнергетики и предотвращения паводковых рисков. В настоящей работе предложены методы снижения неопределенности прогнозов, основанные на двух направлениях: оптимизации математической модели за счет исключения малозначимых гидрометеорологических показателей и повышении точности вероятностных оценок ключевых факторов. Методы. Для анализа нечетких данных введен показатель информативности, позволяющий количественно оценить степень неопределенности наблюдений. Дополнительно определено свойство информационной критичности, характеризующее показатели с низкой информативностью, но высокой значимостью для прогноза, что требует экономически обоснованного сбора дополнительных данных. Результаты. Разработан комбинированный метод снижения неопределенности, интегрирующий анализ информационной критичности и оптимизацию модели. Результаты показывают, что применение данного подхода позволяет минимизировать ошибки прогнозирования за счет рационального использования данных и учета нечетких оценок. Представлен пример прогнозирования уровней воды р. Надым в створе г. Надым с использованием метода снижения информационной критичности нечетких оценок. Исследование вносит вклад в развитие методов гидрологического прогнозирования, предлагая практические инструменты для повышения их точности.
Массовое развитие синезеленых (Cyanophyta) водорослей – характерное явление для большинства поверхностных водных объектов, благодаря которому развивается процесс «цветения» вод, оказывающий негативное влияние на водоснабжение, рыбное хозяйство и рекреацию. В условиях глобального потепления климата усиливается интерес к оценке влияния гидрометеорологических факторов на развитие «цветения» вод. Методы. Комплексные наблюдения проводились на Приплотинном плесе Куйбышевского водохранилища в летний период 2016–2021 гг. Температуру воздуха и воды определяли ежедневно, пробы для определения концентрации биогенных веществ, хлорофилла а и таксономического состава фитопланктона отбирали одновременно с декадной дискретностью. Данные о расходах и уровнях воды получены от филиала ПАО «РусГидро» – «Жигулевская ГЭС». Результаты. Установлено, что основными факторами, влияющими на содержание хлорофилла а, являются температура воды и погодные условия. С повышением температуры воды в июне концентрация хлорофилла а постепенно увеличивалась. При достижении температуры воды выше 22 °С концентрация хлорофилла а резко увеличивалась и начиналось массовое развитие фитопланктона с доминированием группы синезеленых водорослей. Для процесса «цветения» вод наиболее благоприятными стали теплые 2016 и 2021 годы, когда содержание хлорофилла а за летний период составило 6,3 и 7,4 мкг/дм3 соответственно. В неблагоприятные для «цветения» вод холодные 2017 и 2019 годы концентрация хлорофилла составила 0,7 и 1,8 мкг/дм3 соответственно. Процесс «цветения» не наблюдался. Значительная вариабельность концентрации хлорофилла а в период «цветения» вод обусловлена сменой погодных условий. При дальнейшем повышении температуры воды Куйбышевского водохранилища в условиях глобального потепления климата процесс «цветения» вод будет усиливаться, что может нарушить экологическую устойчивость экосистемы водоема и создать риски для комплексного водопользования.
Нижняя Волга является важнейшим местом нереста ценных видов рыб и играет значительную роль в рыбном хозяйстве России. Однако антропогенные факторы в сочетании с климатическими изменениями приводят к деградации среды обитания и условий естественного нереста, что создает угрозу для сохранения биоразнообразия и долгосрочной устойчивости популяций полупроходных рыб. Цель исследования – оценить роль климатического и антропогенного воздействий на воспроизводство полупроходных рыб Волго-Каспийского рыбохозяйственного района. Методы исследования заключаются в оценке и анализе многолетних данных режимных наблюдений на гидрологических постах Нижней Волги с 1936 по 2022 год, основных тенденций изменений стока, а также параметров, характеризующих условия нереста. Результаты. Проведена оценка характеристик водного стока и других параметров, определяющих условия нереста полупроходных видов рыб (на примере леща) в естественных условиях и в период зарегулированного стока. Предложены меры по восстановлению рыбного хозяйства данного района.
Несмотря на повышенные значения естественных ресурсов подземных вод на изучаемой территории, в настоящее время в отдельных населенных пунктах остро ощущается нехватка качественных вод для хозяйственно-питьевых нужд. Приведенные в статье новые гидрологические и гидрогеологические материалы подтверждают научные выводы, сделанные более 50 лет назад. Методы. Проведен сбор и анализ данных, содержащихся в монографиях и отчетах научных и производственных организаций разных ведомств. Представлены гидрографы речного стока, материалы по минимальному и подземному стоку рек, химизму подземных и речных вод, тепловые космические снимки. При оценке подземного притока в реки применялись гидрометрические, гидрохимические и термометрические методы. Результаты. Анализ гидрографов речного стока за разные по водности годы выявил зависимость меженного летнего стока исследуемых рек от обьема и интенсивности предыдущего весеннего половодья и количества атмосферных осадков, выпадающих в теплый период.
Природная взаимосвязь между подземными и поверхностными водами нередко нарушается на урбанизированных территориях вследствие техногенно загрязненных сбросов на рельеф местности. Вовлекаясь в процессы инфильтрации, они загрязняют водоносные горизонты, а при последующем подземном стоке – также и поверхностные водные объекты. В результате, в частности, снижается качество воды Москвы-реки – крупнейшего водоисточника столицы. Поэтому актуально обнаружение зон повышенных промышленных и бытовых сбросов на рельеф. Методы. В работе использованы методы сопоставления состава и свойств поверхностных и подземных вод, такие как коинтеграция, аугментация данных, кластеризация, а также проведены вычислительные эксперименты. Результаты. Обнаружены причинно-следственные связи концентрации нефтепродуктов и фенолов, исследуемых на прибрежных скважинах ЮЗАО Москвы и на расположенном ниже створе Бабьегор Москвы-реки. Несмотря на безусловное превышение расхода речной воды над подземным стоком, результат оказался достоверным, поскольку был подтвержден независимыми статистическими методами исследования, позволившими выявить подобие как регулярных, так и нерегулярных данных исследованных временных рядов. Таким образом, разработаны новые подходы к выявлению зон сбросов отходов производства и потребления на рельеф.
Расчет величин стока с естественных и урбанизированных ландшафтов осуществляется на основе гидрологических характеристик и сведений о состоянии поверхности водосборов – залесенности, распаханности, урбанизации и пр. Если состояние водосбора можно оценить по различным картографическим источникам, дистанционным методам зондирования, цифровым моделям и т. д., то для определения характеристик стока необходимо реализовывать различные процедуры обобщения данных мониторинга в зависимости от гидрометеорологической изученности территории. Методы. Инженерные методы гидрологического расчета хорошо известны и стандартизированы, однако при определении характеристик смыва загрязняющих веществ возникает необходимость получения детальных (подробных) оценок, и эта задача может решаться методами математического моделирования стока. В этом случае необходимо располагать методикой задания характеристик ливневой деятельности или водоотдачи из снега, которые можно использовать при расчете событий заданной обеспеченности (слоев стока и максимальных расходов дождевого паводка и весеннего половодья). Такие методы предложены на основе специальных подходов к обработке данных наблюдений, рассматриваемых на примере расчета половодного и паводочного стока в бассейне р. Казанки. Результаты. Метод реализован на примере моделирования формирования стока с водосбора р. Казанки. Получены расчетные значения слоев паводочного и половодного стока. Предложен расчетный график дождя и определены другие параметры, необходимые для последующего расчета смыва и эрозии почв.
Целью работы является актуализация сведений о водных объектах Калининградской области. Для повышения достоверности сведений о гидрометрических параметрах водотоков предлагается обратить особое внимание на источники информации, находящиеся в открытом доступе. Это позволит предотвратить нарушения водоохранного законодательства, обусловленные некорректным определением ширины водоохранных зон. Методы. Работа основана на трассировке русел водотоков и установлении с использованием картографических и аэрокосмических изображений сложившейся к настоящему времени береговой черты водоемов. Результаты. Выявлены существенные расхождения фактических параметров водотоков с официальными данными (до 15–40 % и более), названы основные причины, обусловившие такие различия. Проведенное исследование показало вероятность ошибочного определения ширины водоохранных зон вследствие использования некорректных сведений о протяженности водотоков при хозяйственном освоении территории. Ряд проблем связан с методологическими сложностями типизации водных объектов в их исторически сложившихся категориях. Необходима полноценная ревизия водного фонда Калининградской области, которая позволит создать современный региональный кадастр водных объектов с учетом иерархии гидрографической сети, включая малые водотоки.
Результаты данного исследования необходимы для проектирования биотехнологий по очищению воды от поллютантов. Обнаружено, что некоторые виды макрофитов можно использовать для удаления ацетона из воды. Методы. Изучено изменение концентраций ацетона в воде модельных систем (микрокосмов). В микрокосмах инкубировали высшие водные растения Ceratophyllum demersum L., Elodea Canadensis Mchk., Utricularia vulgaris L. Концентрации ацетона составляли 11 мг/л (5 ПДК) и 22 мг/л (10 ПДК). Температура инкубации находилась в диапазоне 20 ± 7 °C, наблюдения продолжались 10 дней (240 ч). Концентрации ацетона измеряли методом хромато-масс-спектрометрии. Результаты. Впервые доказано, что концентрации ацетона снижались быстрее в присутствии растений, чем в контрольных микрокосмах, что свидетельствовало о фиторемедиационном потенциале растений. В микрокосмах с C. demersum концентрации ацетона составляли значения ниже 2,2 мг/л (1 ПДК) после пяти суток инкубации. Ацетон в концентрации 11 мг/л не оказывал летального или визуально заметного воздействия на C. demersum. Установлено, что элодея (E. canadensis) более чувствительна (до 20 % отмерших побегов) к ацетону, чем роголистник (C. demersum) и пузырчатка (U. vulgaris). Самым устойчивым оказался C. demersum. В присутствии роголистника (C. demersum) снижение концентраций ацетона (ниже 1 ПДК) составило больше 70 % (по сравнению с контролем без растений) во всех микрокосмах спустя 5 суток. Роголистник (отсутствие фитотоксичности) и пузырчатка (5 % и меньше мертвых побегов) сохранили жизнеспособность при загрязнении пресноводной среды ацетоном и могут использоваться для фиторемедиации. Полученные результаты расширяют знания о фитотоксичности ацетона и фиторемедиационном потенциале высших водных растений, что необходимо для разработки фитотехнологий по очищению воды от загрязнений.
Актуальность. Обеспечение радиационной безопасности населения требует создания высокочувствительных методик определения природных и техногенных радионуклидов в воздухе, воде и пищевых продуктах. Для оперативного контроля удельной активности Cs-137 в природных водах применяются сорбенты на основе ферроцианидов переходных металлов. В данной работе представлены результаты исследования сорбции цезия сорбентами серии АНФЕЖ, представляющими сорбционно-активную фазу ферроцианида железа, нанесенную на древесные опилки и делигнифицированную целлюлозу. Методы. Эксперименты по сорбции цезия на сорбентах серии АНФЕЖ проводили в статических и динамических условиях. В динамических экспериментах использовали сорбционную колонку с внутренним диаметром 0,5 см. Наличие цезия определяли с помощью масс-спектрометрии либо по радиоактивному индикатору Cs-137 с помощью гамма-спектрометрии. Для определения эффективности регистрации Cs-137 насыщенные сорбенты измеряли на гамма-бета-спектрометре «Атомтех МКС- 1315 АТ». Результаты. Результаты статических экспериментов показали, что сорбенты АНФЕЖ способны извлекать Cs-137 из водных проб с рН от 4 до 9 с коэффициентами распределения от 1,5·104 до 2·105 мл/г. По результатам экспериментов по извлечению цезия в динамических условиях установлено, что оба исследованных сорбента извлекают порядка 99 % цезия из проб пресных вод (рН 4–9) при скорости пропускания до 200 мл/мин·см2. При сопоставимых сорбционных характеристиках сорбент АНФЕЖ-БЛ на основе делигнифицированной целлюлозы обеспечивает эффективность регистрации гамма- и бета-излучения в 1,8 раза выше, чем сорбент АНФЕЖ, за счет использования основы с меньшей плотностью.
Актуальность. Оценка вклада разных источников (процессов, территорий) в загрязнение рек, в частности взвесями, является важнейшей составляющей выработки мероприятий для снижения негативного воздействия на речную систему. В России эта методика только получает развитие, хотя давно является ключевой в городском хозяйстве многих стран. В статье представлен анализ применения метода трассировки источников наносов (известного как «фингерпринтинг» от англ. fingerprinting) и его адаптация для урбанизированного водосбора с использованием разных статистических алгоритмов, анализируются типовые источники загрязнения городских рек. Методы. Метод апробирован для бассейна р. Сетуни, расположенного в московской агломерации, и основан на отборе проб субстратов в источниках и в контрольной точке, лабораторном анализе на содержание макро- и микроэлементов во взвешенных наносах, выборе репрезентативных трассеров, а также непосредственно моделировании долевого вклада источников с привлечением статистических моделей сепарации смеси, таких как FingerPro, simmr, MixSIAR, Sed_SAT, SIFT. Результаты. Предложена унификация терминов, используемых при реализации данного метода. Рассмотрены результаты трехчленного деления проб на водосборе: почвы на участках открытого грунта, дорожная пыль, береговая эрозия. Сделан вывод, что в большинстве урбанизированных бассейнов основным источником взвеси являются береговые уступы, а процесс эрозии берегов – ключевым фактором формирования взвеси, что определяет актуальность мер по стабилизации береговой линии.