В статье представлен обзор научных публикаций об экологических проблемах Воронежского водохранилища. Изучению вопросов, связанных с нарушением химической, микробиологической и биотической обстановки на водоеме, влияющей на благополучие жизнедеятельности населения Воронежа, было посвящено немало статей, докладов на научно-практических конференциях, монографий и диссертаций. Однако этой обширной информации еще не хватает комплексного подхода к решению всего спектра проблем, касающихся компонентов экогеосистемы Воронежского водохранилища. Методы. Авторами предпринята попытка проанализировать публикации, основанные на результатах научных исследований водоема, а также предложить варианты решения экологических проблем. Результаты. Данный обзор может быть полезным не только при планировании дальнейших работ по изучению состояния Воронежского водохранилища, но и при подготовке практических мероприятий по его улучшению.
В статье представлены результаты комплексного исследования влияния рыбхозов, расположенных в поймах рек Белорусского Полесья, на речной сток. Выполнены расчеты гидрологических характеристик для створов выше и ниже участков изъятия воды, построены поперечные профили. Определены минимальные среднемесячные расходы воды 95 % вероятности превышения и экологический сток с учетом внутригодового распределения стока различной обеспеченности. Методы. В проведенном исследовании применены математический метод, метод моделирования, геоэкологический метод, сравнительно-описательный метод, гидрологический анализ рисков. Результаты. Построены математические модели для участков рек, позволяющие определить скорости течения и расходы воды в зависимости от средней глубины воды в створе, а также объемы допустимого изъятия воды из рек, используемых для нужд рыбхозов при обеспечении условия сохранения экологического стока. На основании оперативных гидравлических расчетов получены оценки воздействия изъятия воды на изменение гидрологического режима водных объектов.
В последнее десятилетие отмечается изменчивость процессов наледеобразования в различных природно-климатических условиях. Наледи оказывают большое влияние на инфраструктуру и могут приводить к существенному экономическому ущербу. В связи с активным освоением Магаданской области возникла потребность региональной оценки современного состояния и развития наледных процессов, в т. ч. их влияния на гидрологический режим рек и опасные природные явления. Методы. На основе анализа спутниковых снимков Landsat за период 2013–2019 гг. оценено количество и общая площадь наледей подземных вод на территории Магаданской области. Вклад наледного стока в речной сток в разные периоды гидрологического режима рассчитан по материалам 23 гидрологических постов. Результаты. На основе космических снимков 2013–2019 гг. разработан актуальный каталог наледей подземных вод Магаданской области. Проведен расчет, картирование и анализ закономерностей формирования наледных характеристик. Разработаны карты наледности Магаданской области, проведена оценка вклада наледного стока в сток рек частных водосборов р. Колымы и бассейнов рек Охотского моря в различные фазы гидрологического режима. Высокими значениями наледности отличаются бассейны рек Нелькоба, Берелех и Детрин, которые формируют «золотой пояс» и являются центром золотодобычи Магаданской области, что определяет необходимость их дальнейшего изучения.
Подробное изучение гидрологического режима озер Южного Приаралья является актуальной задачей, однако следует отметить, что этот вопрос осложняется отсутствием систематических наблюдений. В настоящее время по космическим снимкам можно получить информацию о водных объектах в труднодоступных районах. В исследовании выполнено картирование шести озер, расположенных на территории Южного Приаралья. Картирование выполнено в разное время и в различные фазы гидрологического режима озер. Методы. Для района исследования выбраны спутниковые снимки исследовательского центра Геологической службы США (USGS) и базы данных Европейской комиссии за период 1984–2021 гг. На следующем этапе проведены расчеты с использованием программного обеспечения ArcGIS. В работе использованы гидрологические расчеты, методы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), методы water index для дешифрирования спутниковых снимков. Проанализированы методы декодирования космических изображений NDWI, MNDWI для определения площади поверхности озер. Результаты. Расчеты показали сокращение площади озер от 28,92 % до 93,3 %. В ходе исследований установлено, что озера Муйнак, Сарибас, Междуручье и Дауткуль трансформировались в сезонные озера, а озера Судочье, Джылтырбас пока остаются постоянными.
В статье проанализирована проблема управления водными ресурсами в условиях нарушения стационарности временных рядов стока. Предложено рассматривать нарушенные гидрологические ряды в виде набора условно-стационарных периодов. Поиск оптимального управления для каждого периода осуществляется методом стохастического динамического программирования. Методы. Для получения функции распределения наполнений и сбросов предложен итерационный алгоритм решения системы уравнений, связывающих искомые вероятности для всех расчетных интервалов. Результаты. Метод реализован на примере управления водными ресурсами Цимлянского водохранилища и позволяет рассчитывать характеристики отдачи водохранилища при задаваемых сценарным образом значениях параметров притока для будущих климатических ситуаций.
Качество речной воды является важнейшим фактором обеспечения экологической безопасности и рационального природопользования. Диффузионный сток загрязнителей рек представляет наибольшую опасность, поскольку является неконтролируемым и нерегулируемым. Невозможность прямой оценки расхода загрязняющих веществ в процессах диффузного загрязнения требует фундаментальных исследований и разработки адекватных математических моделей, основанных на методах решения обратных задач. В представленной работе предложен метод расчета полного массового расхода консервативных загрязнителей, поступающих в водоток с участка водосбора. Методы. На основе интегрального представления стационарного одномерного уравнения переноса загрязнителя предложен метод расчета пространственного распределения полного массового расхода консервативных загрязняющих веществ. Для определения неизвестных параметров распределения использованы метод глобальной нелинейной оптимизации и метод Монте-Карло. Результаты. Применение метода нелинейной глобальной оптимизации позволило определить как значение полного массового расхода загрязняющего вещества на исследуемой территории, так и величину числа Пекле, входящего в уравнение адвекции-диффузии. На основе метода Монте-Карло показана устойчивость полученных результатов относительно случайных отклонений значений концентрации, когда неизвестные параметры определяются как средние из тысячи возможных реализаций.
В настоящее время основные исследования модуля стока и динамики его изменений ведутся на средних и больших реках российской части бассейна реки Урал, изученность же модуля стока малых рек этого бассейна крайне мала. Учитывая возрастающее ухудшение экологического состояния рек, влияющее в первую очередь на годовой модуль стока воды именно на малых реках, изучение процессов его формирования, изменчивости и внутригодовых изменений становятся важнейшей задачей гидрологии. Методы. В основе исследования лежит всесторонний анализ годового модуля стока воды малых рек российской части бассейна реки Урал. Сформирована база данных картографической и гидрологической информации. Выполнено картирование изменений годового модуля стока малых рек, что ранее не применялось к количественным характеристикам стока малых рек. Результаты. Рассмотрены изменения модуля стока воды малых рек в бассейне реки Урал при практически полном отсутствии изученности его изменений. Проанализированы характеристики модуля стока малых рек до и после начала глобальных гидрологических изменений. Выявлены пространственно-временные тенденции в изменении модуля стока воды малых рек бассейна Урала. Определена граница аномальности малых рек по площади бассейна – по величине речного бассейна в 500 км2.
В статье представлены результаты геостатистического исследования грунтовых вод Юго-Западного административного округа Москвы, проведенного в целях выявления возможностей и рисков подземного водопользования в этом районе. Методы. Применялись как традиционные технологии, так и индекс Морана для оценки характера пространственной связности. С помощью удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗВ) получены и оценены состав и свойства воды, что позволит опираться на данные УКИЗВ при питьевом водопользовании. Результаты. Выявлено, что временные ряды контролируемых показателей вариабельны настолько, что их стандартное отклонение часто превышает среднее значение. При оценке коэффициентов корреляции концентрации химических веществ в пунктах наблюдения обнаружено синхронное повышение/ понижение значений целого ряда контролируемых показателей, например концентрации алюминия на ряде скважин и родников. Очевидны причины подобной согласованности в случае близости точек наблюдения, тогда как при их значительном удалении друг от друга такой эффект можно объяснить исключительно фактом быстрого внутрипластового массопереноса загрязненной воды. Обнаружена высокая парная корреляция (r = 0,94) концентрации ряда загрязняющих веществ, например Al с Mn, NO3, причиной этого предположительно являются совместные сбросы указанных веществ промышленными предприятиями Москвы с одновременным проникновением сточных вод в грунт, сочетающимся с их массопереносом. Исследовано образование гидрохимических «фаций» рассматриваемого участка Теплостанской возвышенности в разные годы: наблюдение за темпом их деформации позволило получить картографическую информацию о формировании качества грунтовых вод и возможности их хозяйственного использования.
Нижний Енисей является частью территории Российской Арктики, которая в современных климатических условиях становится все более чувствительной к их изменениям. Со сроками и продолжительностью ледовых явлений на реках Арктической зоны связаны многие виды хозяйственной деятельности. Методы. Для анализа межгодовых изменений характеристик ледового режима Нижнего Енисея (протяженностью от г. Енисейска до г. Дудинка) за период с 1938 по 2021 г. была создана электронная база данных с показателями продолжительности ледостава, датами начала и окончания ледовых явлений, а также максимальными уровнями воды во время фазы вскрытия (ледохода). В статье отражен методический подход в выделении трендовых составляющих за периоды наблюдений в 1938–1975 гг. и 1976–2021 гг., а также выявлено направление изменения продолжительности ледовых явлений и ледостава с проверкой уравнения тренда на статистическую однородность. Результаты. Установлено, что ледовые явления после 1975 г. стали наступать позже и заканчиваться раньше в среднем на 2–3 дня; ледостав стал наступать позже на 3–5 дней, разрушаться раньше на неделю. Анализ максимальных уровней воды в фазу вскрытия выявил, что эти показатели имеют тренд на снижение. Анализ изменчивости продолжительности ледовых явлений и ледостава обнаружил, что обе характеристики уменьшаются после 1975 года: продолжительность ледовых явлений сократилась на 2–5 дней, продолжительность ледостава – более чем на неделю.
Влажность почв является важнейшей гидрофизической характеристикой при описании и расчетах инфильтрационных потерь дождевого и весеннего стока, испарения. Динамика увлажнения почв неразрывно связана с изменением климатических характеристик, одновременно влажность является значимым компонентом климата, поскольку она определяет исходящие конвективные потоки тепла и влаги с поверхности суши в атмосферу, формирующие климат планеты. Методы. Для анализа закономерностей изменения влажности почв под воздействием климатических изменений использованы многолетние наблюдения за влагообменом на воднобалансовых станциях России, а также физически обоснованная математическая модель вертикального тепло-влагопереноса. Проведены численные эксперименты по оценке влияния всех основных метеофакторов, обусловливающих динамику изменения влажности за период 1952–2019 гг. Результаты. В ходе анализа экспериментальных данных установлено, что в период 1960–1990 гг. наблюдался повсеместный рост влажности почв на европейской части России как в летний, так и в осенний сезоны. В последующем, вплоть до настоящего времени, положительные тренды изменчивости влагозапасов сменились отрицательными или их величина значительно упала.
При решении обратных задач восстановления пространственного распределения расходных характеристик диффузного стока загрязнителей на участках малых рек неизбежно возникает вопрос, связанный с необходимым числом расчетных точек. Для проведения корректного математического анализа число используемых расчетных точек должно быть весьма значительным (сотни). Реальный натурный эксперимент, как правило, ограничивается небольшим количеством точек (десятками). Однако в настоящее время влияние числа расчетных точек на устойчивость решения обратных задач для уравнения переноса консервативных загрязнителей мало изучено, хотя этот вопрос является ключевым при сопоставлении данных математического расчета и натурных измерений. В представленной работе проведен анализ влияния числа измерений концентрации растворенного загрязнителя на величину его полного массового расхода в процессе диффузного стока на участках малых рек. Методы. Расчет проводился на основе метода Монте-Карло при рандомизации значений концентрации загрязнителя. Результаты. В ходе реализации численного эксперимента для заданного набора тестовых функций установлено, что устойчивые значения искомых параметров (полный массовый расход и число Пекле) зависят от количества расчетных точек, определяющих пространственное распределение концентрации загрязнителя на исследуемом участке. Выяснено, что устойчивые значения параметров определяются числом точек, в пять – десять раз превосходящим число неизвестных коэффициентов аппроксимирующего полинома. Проанализирована зависимость значений искомых параметров от числа расчетных точек для результатов натурных измерений.
Выявление ведущих востребованных научных направлений (связанных с вызовами времени, целями устойчивого развития), подготовка обзоров по мировым тенденциям развития любой области научного знания, отрасли экономики в целом – все это является актуальной научной задачей и имеет практическую значимость для исследователей и организаций, принимающих управленческие решения по финансированию научных проектов. Понимание текущих трендов позволяет определить, какие научные направления заслуживают внимания, какие исследовательские тренды будут оказывать наибольшее влияние на социально-экономическое развитие страны. Методы. Библиометрический анализ, анализ больших данных, анализ публикаций с помощью искусственного интеллекта (больших языковых моделей). Предложены способы выявления востребованных научных направлений (исследовательских фронтов) с помощью современного наукометрического инструментария – аналитических инструментов ООО «НЭБ» в базе данных (РИНЦ), нейропоиска и нейросетей, программного обеспечения VOSviewer и Dimensions. Результаты. На примере ведущих водохозяйственных изданий выявлены актуальные научные тематики, соответствующие вызовам времени. Акцентирована необходимость постоянного мониторинга ключевых направлений и технологий, развивающихся в мировых топах. Предложен вектор и инструментарий дальнейших исследований по выявлению тенденций развития водного хозяйства.